Ученые воспроизводят солнечные вспышки в лаборатории. Нет, ничего опасного здесь нет — зато много пользы

Однако солнечные выбросы могут влиять на радиосвязь, электросети и навигационные сигналы, а также угрожать космическим кораблям и астронавтам. Радиация, которая могла бы уничтожить человечество, поглощается задолго до того, как она может добраться до поверхности Земли.

Ученые отмечают, что нам нельзя недооценивать опасность, исходящую от солнечных вспышек. Самые сильные из них действительно могут нарушить привычный нам образ жизни и привести к серьезным проблемам.

Наблюдения за активностью Солнца дают возможность выявить энергичные частицы и жесткое рентгеновское излучение, но не могут раскрыть механизм их генерации, поскольку ускорение частиц происходит в масштабах меньше разрешения наблюдений. Таким образом, детали этой физики, объясняющие генерацию энергичных частиц и жесткого рентгеновского излучения, остаются загадкой.

Чтобы лучше понять эти извержения, команда физиков во главе с Яном Чжаном из Калифорнийского технологического института разработала аппарат, способный имитировать солнечные вспышки в лаборатории. Работа, подробно описывающая его работу, опубликована в журнале Nature Astronomy.

Аппарат состоит из газовых сопел, электромагнитов и электродов в вакуумной камере. Сначала электромагниты создают магнитное поле в камере, затем в область электродов впрыскивается газ. Далее через электроды подается мощный электрический разряд миллисекундной продолжительности, ионизирующий газ и превращающий его в плазму, образующую «корональную петлю», ограниченную магнитным полем.

Воспроизводя такие структуры — извергающиеся из солнечной фотосферы длинные замкнутые дуги из раскаленной плазмы — исследователи смогли подробнее изучить мощные рентгеновские лучи и энергичные частицы, проходящие через Солнечную систему.

Хотя каждый эксперимент потребляет примерно столько же энергии, сколько нужно для работы 100-ваттной лампочки в течение минуты, а каждая петля длится всего 10 микросекунд, высокоскоростные камеры записывают каждое мгновение генерации и распространения петли, что позволяет исследовательской группе детально проанализировать ее формирование, структуру и эволюцию.

Наблюдения команды показали, что плазменные петли структурированы как веревки, состоящие из переплетов отдельных прядей. Когда нить разрывается, она производит всплеск рентгеновского излучения, сопровождающийся отрицательным скачком напряжения, подобно тому, как падает давление в водопроводном шланге, если в нем имеется перегиб. Этот перепад напряжения ускоряет заряженные частицы в плазме, которые, замедляясь, выдают всплеск рентгеновского излучения.

Исследователи обнаружили в лаборатории нестабильность, подобную наблюдаемой на изображениях корональных петель на Солнце, связанную со всплеском рентгеновского излучения, что свидетельствует о том, что эти два явления возникают одинаково. Это открытие помогает разгадать процесс того, как разрывы и повторные соединения магнитных силовых линий приводят к мощным всплескам энергии.

Будущие исследования Солнца углубят наше понимание этого процесса, и команда намерена продолжить изучение различных способов слияния и переконфигурации корональных петель, чтобы увидеть, какие виды вспышек вызывает эта активность. Моделируя солнечные вспышки в лаборатории, исследователи надеются пролить свет на тайны нашего Солнца и лучше предсказать последствия его извержений на Земле и за ее пределами.