Лазерный мир

Физики из Университета Кюсю (Япония) использовали мощный лазер, чтобы воссоздать в лаборатории физический процесс, лежащий в основе солнечных вспышек и магнитных бурь: магнитное пересоединение. Эксперименты показали, что скорость пересоединения определяется локальной физикой в зоне соединения магнитных полей, а не свойствами окружающей плазмы. Результаты опубликованы в Physical Review E.

Магнитное пересоединение — один из ключевых процессов астрофизики и физики плазмы. Оно происходит, когда два потока намагниченной плазмы сталкиваются: их магнитные поля, направленные в противоположные стороны, перестраиваются и «сшиваются» заново. При этом огромное количество запасённой магнитной энергии высвобождается почти мгновенно — именно так происходят солнечные вспышки, выбросы корональной массы и суббури в магнитосфере Земли.

Зачем моделировать это лазером

Наблюдать магнитное пересоединение на Солнце и в магнитосфере — сложно: данные поступают с большими неопределённостями, масштабы огромны, управлять условиями невозможно. Лабораторный эксперимент позволяет делать то, чего не может обычная астрофизика: менять параметры, воспроизводить эксперимент снова и снова и напрямую измерять то, что происходит в зоне пересоединения.

Группа Университета Кюсю использовала мощный лазер: два лазерных пятна фокусировались на мишени, создавая два быстро расширяющихся облака горячей плазмы. При столкновении этих облаков их магнитные поля, возникающие за счёт термоэлектрического эффекта Бирманна, пересоединялись друг с другом.

Меняя расстояние между двумя лазерными пятнами, исследователи существенно изменяли плотность плазмы и напряжённость магнитного поля в зоне столкновения — то есть управляли условиями эксперимента в широком диапазоне.

Ключевой вывод: скорость не зависит от окружения

Центральный результат исследования — о так называемой «скорости» пересоединения. В физике плазмы долго велась дискуссия: определяется ли скорость пересоединения свойствами широкого окружения (глобальными условиями вдали от зоны пересоединения) или только тем, что происходит непосредственно в тонком слое, где поля меняют направление.

Эксперименты Университета Кюсю подтверждают этот вывод в исследованных условиях: при изменении условий окружающей плазмы в широком диапазоне скорость пересоединения оставалась стабильной. Это говорит о том, что быстрое магнитное пересоединение управляется локальной физикой внутри самого тонкого слоя, а не условиями за его пределами.

Результат даёт ориентир для проверки моделей пересоединения. Однако он не означает, что все характеристики солнечной вспышки определяются только одной локальной зоной.

Связь с будущими исследованиями

Лабораторное моделирование астрофизических явлений с помощью мощных лазеров — активно развивающееся направление. Лазеры позволяют не только воспроизвести физику, недоступную для прямого изучения, но и проверить теоретические предсказания в контролируемых условиях. Данное исследование отрабатывает важный фрагмент мозаики: если скорость пересоединения поистине определяется локальными условиями, это упрощает создание предсказательных моделей для оценки мощности солнечных бурь до того, как они достигнут Земли.

Дальнейшие эксперименты помогут проверить выводы для наклонных магнитных полей и несимметричных потоков плазмы.

Источник: https://pronedra.ru/laser-solar-flare-reconnection-832477.html