Experiment de laborator reproduce încălzirea coroanei solare prin instabilități de plasmă
Suprafața vizibilă a Soarelui radiază căldură la o temperatură relativ scăzută, de aproximativ 5.800 Kelvin. În schimb, în stratul subțire exterior al atmosferei solare, cunoscut sub numele de coroană, electronii pot atinge temperaturi de milioane de grade, iar astronomii nu au reușit încă să explice pe deplin acest fenomen.
Un studiu publicat în revista Physical Review Letters aduce noi clarificări. O echipă condusă de Wei Sun, de la Institutul Chinez de Energie Atomică, a recreat în laborator condiții similare celor din coroană și a arătat cum această încălzire dramatică ar putea fi determinată de instabilități în plasma coronală, care declanșează mici explozii de energie numite „nanoflăcări”.
O explicație încă incompletă
Principala ipoteză privind încălzirea coroanei pornește de la suprafața Soarelui, unde plasma aflată în mișcare răsucește și întinde lent câmpurile magnetice care se extind în coroană, acumulând energie în ele. În cele din urmă, în interiorul unor foi subțiri de curent electric, liniile de câmp magnetic orientate în direcții opuse se pot rupe și reconecta printr-un proces numit „reconexiune”, eliberând brusc această energie.
Fiecare nanoflăcări este mică la scara Soarelui, dar poate lansa jeturi de plasmă și poate încălzi temporar zona din jur la temperaturi extreme. Separat, observațiile au evidențiat structuri asemănătoare degetelor, formate acolo unde picături dense de plasmă mai rece cad prin plasma mai rarefiată din jur, într-un proces numit „ploaie coronală”. Asemenea unui lichid greu aflat deasupra unuia mai ușor, această configurație este instabilă. Simulările au sugerat că aceste structuri pot comprima câmpurile magnetice, declanșând reconexiunea și mici jeturi de plasmă. Până acum, însă, nicio dovadă directă nu a legat aceste efecte de încălzirea prin nanoflăcări.
Coroana solară, recreată în laborator
Pentru a-și construi analogul coroanei, echipa lui Sun a folosit instalația laser Shenguang-II din China. Cercetătorii au tras fascicule laser puternice asupra unor ținte minuscule de plastic cu suprafețe ondulate, obținând o plasmă de doar câțiva milimetri lățime, cu instabilități generate într-un mod controlat cu precizie. Deși mult mai mică decât orice structură de pe Soare, plasma a fost reglată să se comporte similar plasma din jurul ploii coronale.
Echipa a urmărit apoi structura și câmpurile magnetice ale plasmei prin imagistică optică și a estimat temperaturile electronilor analizând razele X emise. Pentru comparație, experimentul a fost repetat cu ținte plate, pe care nu se pot forma instabilități.
Reconexiune declanșată de instabilități
Rezultatul a fost prima demonstrație de laborator a încălzirii prin nanoflăcări determinată de instabilitățile plasmei. Cu țintele ondulate, echipa a reprodus structurile asemănătoare degetelor observate în coroana reală, care au împins unul spre celălalt câmpuri magnetice orientate opus și au declanșat reconexiunea. Astfel, electronii au atins aproximativ 820.000 Kelvin, de circa două ori temperatura maximă produsă de țintele plate.
Simulările computerizate realizate în paralel au arătat că încălzirea electrică din interiorul straturilor de curent în care are loc reconexiunea a depășit cu mult încălzirea prin frecare în interiorul plasmei. Când simulările au suprimat generarea câmpurilor magnetice, cea mai mare parte a încălzirii suplimentare a dispărut, consolidând explicația magnetică.
Un pas important în înțelegerea coroanei
Rezultatul ar putea completa o lacună importantă în înțelegerea modului în care este încălzită coroana. Echipa lui Sun speră să continue experimentul cu plasme tridimensionale și măsurători mai precise. Acest lucru ar putea ajuta cercetătorii să răspundă la întrebările rămase despre cât de răspândit este acest mecanism și dacă nanoflăcările apar suficient de des pentru a explica o parte semnificativă din căldura coroanei.
