Experimente laser reproduc fizica erupțiilor solare și dezvăluie rate consistente de reconectare magnetică
Cercetătorii de la Universitatea Kyushu au folosit lasere de mare putere pentru a recrea în laborator reconectarea magnetică, un proces considerat responsabil pentru erupțiile solare și substormurile din magnetosfera Pământului. Rezultatele lor arată că reconectarea magnetică rapidă este guvernată de fizica locală a stratului de reconectare, mai degrabă decât de proprietățile plasmei din jur.
Reconectarea magnetică are loc atunci când liniile câmpului magnetic orientate în direcții opuse se rup și se reconectează pe măsură ce două fluxuri de plasmă se întâlnesc, ceea ce duce la încălzirea plasmei și la ieșiri de plasmă de mare viteză. Deși fenomenul a fost studiat prin observații spațiale și simulări computerizate, rămâneau neclarificate întrebări importante, în special cât de puternic depinde procesul de condițiile plasmei care intră în regiunea de reconectare.
Teste laser ale reconectării
Echipa de cercetare, condusă de conferențiarul Taichi Morita de la Facultatea de Științe Inginerești a Universității Kyushu, în colaborare cu cercetători de la Universitatea Osaka, a folosit laserul Gekko-XII de la Osaka pentru a trage fascicule laser de mare putere în două puncte separate pe o țintă de carbon, producând doi nori de plasmă în expansiune. Pe măsură ce cele două plasme s-au ciocnit, câmpurile lor magnetice s-au reconectat. Variind distanța dintre cele două puncte laser, cercetătorii au putut modifica substanțial densitatea și condițiile câmpului magnetic care intră în regiunea de reconectare.
Pentru a urmări procesul, au dezvoltat un sistem bidirecțional de împrăștiere Thomson cu laser, care analizează lumina laser împrăștiată de plasmă pentru a măsura proprietăți precum temperatura, densitatea și fluxul.
Rate similare în ciuda condițiilor schimbătoare
Rezultatele arată că, deși istoricile de expansiune și transport ale câmpurilor magnetice și momentele de reconectare au diferit substanțial, ratele de reconectare au fost izbitor de similare odată ce s-a format un strat de curent.
„Studiul nostru oferă dovezi experimentale pentru robustețea procesului de reconectare magnetică, demonstrând că reconectarea rapidă poate avea loc la rate similare în ciuda unor condiții de intrare substanțial diferite”, a declarat Morita.
Cercetătorii au cuantificat, de asemenea, modul în care energia magnetică eliberată a fost împărțită între încălzirea plasmei și accelerarea acesteia în fluxuri de mare viteză.
„Tehnicile de măsurare stabilite în acest studiu fac acum posibilă evaluarea cantitativă a ratei de reconectare magnetică și a conversiei sale energetice”, a adăugat Morita.
Constatările oferă repere experimentale care pot fi folosite pentru a testa modele teoretice și simulări numerice ale reconectării magnetice. Echipa intenționează să extindă experimentele către condiții mai apropiate de cele din plasmele spațiale, inclusiv cazuri cu câmpuri magnetice oblice și fluxuri de plasmă asimetrice.
„Studiul nostru contribuie la dovezile experimentale privind una dintre problemele centrale nerezolvate ale fizicii reconectării magnetice. Înțelegerea îmbunătățită a reconectării magnetice va ajuta la prezicerea evenimentelor de vreme spațială care au impact asupra sateliților, sistemelor de comunicații, tehnologiilor de navigație și infrastructurii energetice”, a concluzionat Morita.
Studiul a fost publicat în revista Physical Review E.
