Vedci sú na stope jednej z najväčších záhad Slnka. V laboratóriu dosiahli teplotu 820 000 °C

Záhada slnečnej koróny patrí medzi najväčšie orechy, ktoré moderná astrofyzika a fyzika plazmy museli lúskať. Kým viditeľný povrch Slnka, teda fotosféra, dosahuje teplotu približne päťtisíc päťsto stupňov Celzia, jeho vonkajšia atmosféra, známa ako koróna, dosahuje extrémne hodnoty presahujúce milión stupňov Celzia, upozorňuje ScienceAlert.

Obrovský teplotný rozdiel vedcov mátal celé desaťročia, keďže energia by logicky mala s rastúcou vzdialenosťou od jadra klesať, nie rásť. Dlhodobé podozrenia smerovali k miliónom miniatúrnych explózií, takzvaných nanoflér, ktoré by kolektívne dokázali udržiavať korónu v stave extrémneho žiaru.

Využili lasery

Vedecký tím v Číne však teraz urobil zásadný posun, keď sa im podarilo laboratórne replikovať procesy, ktoré môžu za tento jav zodpovedať, čím pootvorili dvere k pochopeniu fundamentálnych mechanizmov hviezdnej fyziky.

Kľúč k úspechu sa skrýval v precízne navrhnutom experimente realizovanom vo výskumnom zariadení Shenguang-II v Šanghaji. Výskumníci pod vedením Weia Suna z Čínskeho inštitútu atómovej energie a Yongli Pinga z Pekinskej pedagogickej univerzity využili vysokoenergetické lasery na simuláciu extrémnych podmienok.

Do laboratórneho testu zapojili štyri prekrývajúce sa laserové lúče, ktoré vystrelili na plastový terč s jemne zvlneným povrchom. Tieto laserové pulzy trvali iba miliardtinu sekundy, no mali dostatočnú energiu na to, aby okamžite premenili materiál terča na prudko sa rozpínajúcu plazmu.

Využitie presne riadenej laserovej technológie umožnilo vedcom sledovať mikroskopické deje, ktoré sú v reálnych podmienkach na Slnku príliš rýchle a malé na to, aby sa dali priamo a detailne opticky zaznamenať.

Keď sa vytvorená plazma rozpínala do redšieho okolitého vzduchu a postupne spomaľovala, na rozhraní materiálov začali pôsobiť fyzikálne sily vedúce k takzvanej Rayleighovej-Taylorovej nestabilite.

Zvláštny jav spôsobil, že pôvodné mikroskopické zvlnenia terča prerástli do prstovitých a hubovitých štruktúr. Zároveň pri tomto procese plazma okolo vytvorených prstov generovala vlastné silné magnetické polia, pričom susedné štruktúry niesli polia s opačnou orientáciou.

Detailné počítačové simulácie následne ukázali, ako samotné rozpínanie týchto štruktúr efektívne stláča magnetické polia k sebe. Keď sa protismerne orientované polia stretli a zmenili svoje vzájomné prepojenie, došlo k javu známemu ako magnetická rekonexia, pri ktorej sa obrovské množstvo uloženej magnetickej energie náhle uvoľní a premení priamo na tepelnú energiu častíc.

Pomohli špičkové simulácie

Aby vedci jednoznačne potvrdili úlohu magnetických polí v tomto procese, uskutočnili kontrolný experiment s plochým plastovým terčom, ktorý viedol k oveľa hladšiemu prúdeniu plazmy bez tvorby prstovitých štruktúr. Následná analýza röntgenového žiarenia emitovaného plazmou priniesla prekvapivé a presné dáta.

NASA/Goddard Space Flight Center

V prípade zvlneného terča dosiahla najvyššia teplota elektrónov ekvivalent približne 820 000 °C, čo bolo takmer dvakrát viac ako hodnota nameraná pri hladkom terči. Ďalšie počítačové simulácie, ktoré explicitne zabránili vzniku magnetických polí, preukázali, že dodatočné zahrievanie vtedy takmer úplne vymizlo. To vedcom poskytlo jednoznačný dôkaz o tom, že kľúčom k extrémnej teplote je práve interakcia nestabilít a magnetickej rekonexie.

Laboratórne zistenia poskytujú cenný most medzi teóriou a reálnym vesmírom. Na Slnku totiž dochádza k podobným podmienkam všade tam, kde relatívne chladná a hustá plazma padá cez vonkajšiu atmosféru, čo je jav nazývaný koronálny dážď.

Spomínaný mechanizmus vytvára ideálne podmienky na vznik podobných nestabilít a následné opätovné spájanie magnetických polí. Hoci laboratórna plazma bola podstatne hustejšia a celý proces prebiehal v omnoho kratšom časovom horizonte ako skutočné slnečné nanoexplózie, pomerové fyzikálne analýzy potvrdzujú aplikovateľnosť zistení.

Čítajte viac z kategórie: Novinky