В КНР с помощью лазеров воссоздают магнитные бури

Исследователи из Китая впервые использовали мощные лазеры для воссоздания магнитных взрывов на поверхности Солнца, что может помочь лучше защитить спутники и электрические сети здесь, на Земле. Команда смоделировала хаотическое явление, известное как турбулентное магнитное пересоединение, при котором магнитные поля Солнца резко сталкиваются, ломаются и перестраиваются, высвобождая огромное количество радиации в космос. Результаты были опубликованы в журнале Nature Physics в понедельник.

Мы воспроизвели довольно хаотичный и сложный процесс воссоединения в лаборатории и продемонстрировали типичные изменения во время солнечных вспышек, которые наблюдались с помощью телескопов. По сравнению с наблюдением в телескоп лабораторное моделирование часто более контролируемо и экономит время. Это позволяет ученым строить более надежные модели и лучше предсказывать, когда и где произойдет магнитное пересоединение,

сказал ведущий автор исследования профессор астрономии Пекинского педагогического университета Чжун Цзяюн. 

Солнечные вспышки — это интенсивные выбросы электромагнитного излучения, вызванные магнитным пересоединением в атмосфере Солнца. В этом процессе два противоположно ориентированных магнитных поля в плазме встречаются, переплетаются, пересекаются и воссоединяются, создавая кинетическую и тепловую энергию плазмы и посылая заряженные частицы в космос со скоростью света. Эти частицы образуют солнечные вспышки, которые могут достигать Земли, нанося удары по инфраструктуре, такой как спутники.

По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований США, в этом месяце произошли по крайней мере три солнечные вспышки X-класса — самые мощные в масштабе. В феврале прошлого года американская компания SpaceX потеряла 40 своих недавно запущенных спутников связи Starlink из-за геомагнитной бури, вызванной солнечной вспышкой.

Работа Чжун и его команды была проведена более чем через десять лет после того, как он и его коллеги из Китайской академии наук, Пекинского университета и Шанхайского университета Цзяо Тонг провели аналогичную, но уменьшенную версию эксперимента.

В 2010 году они воссоздали магнитное пересоединение, используя два мощных лазера для возбуждения алюминиевой фольги и создания плазменных пузырьков. По мере расширения пузырьков плазмы магнитные поля сталкивались друг с другом, и наблюдалось магнитное пересоединение. Однако эксперимент только имитировал простую версию магнитного пересоединения в небольшой и устойчивой области взаимодействия, в то время как реальный сценарий на Солнце был намного сложнее.

В этом эксперименте мы правильно масштабировали ключевые параметры, чтобы убедиться, что они совместимы с реальной солнечной вспышкой на Солнце. Хотя турбулентность повсюду в нашей повседневной жизни, от быстрой реки до дыма из трубы, она остается очень сложной темой. Раньше исследования турбулентности ограничивались небольшим сообществом и были сосредоточены только на теоретических аспектах, и я рад видеть, что экспериментальные исследования турбулентности сейчас набирают обороты,

сказал Чжун. Для нового исследования Чжун и его команда удвоили количество лазеров и количество алюминиевой фольги, чтобы создать большую зону взаимодействия с турбулентностью.

Эксперимент также позволил исследователям измерить, насколько энергичными были электроны в плазме и как они ускорились. Оба китайских эксперимента проводились на лазерной установке ShenGuang II в Шанхае, которая состоит из восьмилучевой лазерной системы и многофункциональной высокоэнергетической лазерной системы.

Установка может стрелять лазерными лучами с мощностью, превышающей общую мощность глобальных энергосистем, в течение одной миллиардной доли секунды и формировать высокотемпературную плазму для различных экспериментов по взаимодействию лазера с плазмой.