По време на пълно слънчево затъмнение короната на Слънцето се появява като перлено сияние около черния диск на Луната.
Изглежда безтегловно, почти призрачно. Но зад тази величествена красота се крие парадокс, който отдавна озадачава учените. Факт е, че тази тънка обвивка на Слънцето е стотици пъти по-гореща от повърхността му. В продължение на десетилетия физиците се опитваха да разберат откъде идва енергията за такава температура. И сега, може би, отговорът е намерен. И е получен експериментално, в лабораторията.
Какво откриха учените?
Слънцето е кълбо от плазма, горещ газ, в който частиците носят електрически заряд. Магнитни полета протичат през тази плазма. И именно тези полета, а не само термоядрените реакции в ядрото, определят какво се случва на повърхността и в атмосферата на звездата.
Външният слой на слънчевата атмосфера е короната. Тя се простира на милиони километри и е видима с невъоръжено око по време на пълно затъмнение. В нормални дни тя е затъмнена от яркостта на фотосферата – видимата повърхност на Слънцето.
Според учените повърхността на Слънцето има температура от около 5500°C. А външната му атмосфера, короната, е над милион. Логиката подсказва, че колкото по-далеч от огъня, толкова по-студено става. Но със Слънцето е обратното. Този парадокс се нарича „проблем с нагряването на короната“.
Една от предложените хипотези на учените е свързана снаноизригванията. Това са малки изригвания, които се появяват постоянно на Слънцето. Всяко едно е твърде слабо, за да бъде засечено поотделно. Но заедно те могат да освободят достатъчно енергия, за да поддържат температурата на короната.
Друга възможност е магнитното повторно свързване. Когато магнитните полета, насочени в противоположни посоки, се срещнат и пренасочат, енергията, съхранена в тях, се освобождава като топлина. Това би могло да нагрее близките области на слънчевата атмосфера и да ускори заредените частици до огромни скорости.
Китайски учени решиха да тестват как точно тези полета биха могли да се срещнат и да задействат процеса на магнитно повторно свързване. Екип, ръководен от Вей Сун от Китайския институт за атомна енергия и Юнли Пинг от Пекинския педагогически университет, проведе експеримент в лазерния комплекс Shenguang-II в Шанхай.
Изследователите взели пластмасова мишена с фино текстурирана повърхност и изстреляли четири припокриващи се лазерни лъча към нея. Импулсите продължили една милиардна част от секундата и превърнали материала на мишената в плазма – състояние на материята, в което частиците носят електрически заряд.
Плазмата се разшири в околния въздух, който беше много по-малко плътен от самата нея. С забавянето си неравностите по границата на целта се превърнаха в структури, наподобяващи пръсти и гъби. Това явление е известно като нестабилност на Рейли-Тейлър. То е познато на физиците от процесите на Земята: например, водата, падаща върху по-малко плътен слой, или димът, издигащ се във въздуха, се държат по този начин.
Ключовият момент беше, че плазмата около тези „пръсти“ генерира свои собствени магнитни полета, като съседните структури имат противоположни посоки. Компютърните симулации показаха, че разширяващите се „пръсти“ избутват тези полета едно в друго. Този процес нагрява плазмата, превръщайки съхранената енергия в топлина.
За сравнение, учените повторили експеримента с гладка пластмасова мишена. По нея не се появили „пръсти“ или „гъби“. След анализ на плазменото лъчение, изследователите оценили температурата му. Тя била почти наполовина по-ниска от тази на текстурираната мишена.
Допълнителни компютърни симулации, при които генерирането на магнитно поле е било изкуствено „изключено“, показват, че допълнителното нагряване до голяма степен е изчезнало. Това ясно показва, че източникът на допълнителната топлина е магнитното повторно свързване, а не триенето или други ефекти.
Как това се свързва със Слънцето? На Слънцето подобни условия могат да възникнат, когато относително студена и плътна плазма пада през атмосферата на околната звезда - феномен, известен като „коронален дъжд“. Той може да създаде условия, които предизвикват същата нестабилност на магнитното поле, наблюдавана в лабораторията.
Учените подчертават, че лабораторната плазма е била много по-плътна и процесите са протичали по-бързо, отколкото на Слънцето. Установката не е възпроизвела пълния мащаб на натрупване на магнитна енергия. Въпреки това, тя е демонстрирала механизъм, който може да действа в слънчевата корона. По-нататъшни наблюдения би трябвало да разкрият колко често се случва това и каква част от топлината осигурява.
Прочетете също: Странен обект е забелязан близо до Слънцето: Възможно ли е това да са извънземни?
