Как нагреть что-то до миллионов градусов, отходя от источника тепла? Именно этот парадокс десятилетиями мучает астрофизиков: внешняя атмосфера Солнца — корона — в тысячи раз горячее его видимой поверхности. Теперь группа из Китайского института атомной энергии под руководством Вэй Суня впервые воспроизвела в лаборатории крошечные вспышки — наноспышки, которые могут объяснить, откуда берётся эта энергия.

Как лазер заменил Солнце

Учёные направили четыре мощных лазера на пластиковую мишень диаметром около двух миллиметров. Получившееся облако плазмы — горячей смеси заряженных частиц — вело себя сходно с веществом короны, хотя и не было его точной копией. Эксперимент ставили в двух вариантах: с гладкой мишенью и с волнистой поверхностью.

Когда плазма формировалась на волнистой мишени, она становилась неустойчивой. В ней возникала так называемая релеевско-тейлоровская неустойчивость — знакомая физикам ситуация, когда более лёгкая жидкость давит на более тяжёлую. Этот процесс сам собой организовывал магнитные поля противоположного направления, а затем они резко перестраивались — происходило магнитное пересоединение, то есть наноспышка.

Температура плазмы в этом случае достигала 799 726 °C. Почти вдвое больше, чем в опыте с плоской мишенью, где никаких наноспышек не было. Электроны, по данным статьи в журнале Physical Review Letters, нагрелись до 70,8 ± 6,5 электронвольт — это вдвое выше, чем в случаях с преобладанием ударного нагрева. Расчёты показали, что главную роль сыграл джоулев нагрев, а не вязкое трение.

Параметры лабораторной плазмы совпали с теми, что наблюдают в корональном дожде — потоках охлаждённого вещества, падающих сквозь корону. Авторы подтвердили схожесть с помощью безразмерных величин и компьютерного моделирования.

Пазл, который ещё не сложился

Физик Рони Кеппенс из Лёвенского университета (KU Leuven, Бельгия) оценил работу положительно, но отметил: эксперимент не ставит точку в вопросе нагрева короны. Вклад могут вносить и другие процессы — например, определённые типы волн в плазме.

Команда из Китая собирается усложнить установку: сделать плазму более трёхмерной, улучшить диагностику и напрямую сравнивать свои измерения с данными солнечных телескопов. «Важно проверить, что лаборатория воспроизводит то, что делает Солнце», — подчеркнул Вэй Сунь.

Понимание этих механизмов помогает моделировать звёздную активность — от вспышек до солнечного ветра. Для тех, кто пишет научные работы по астрофизике или смежным дисциплинам, эта информация может стать частью обзора литературы по теме нагрева короны; главное — отделять лабораторные аналогии от прямых наблюдений космоса.

Схема: последовательность шагов от лазерного удара по пластиковой мишени через неустойчивость и магнитное пересоединение до нагрева плазмы и сопоставления с условиями в солнечной короне.

Фото: Opt Lasers from Poland / Pexels