Επιστήμονες προσομοίωσαν ηλιακές εκλάμψεις στο εργαστήριο

Οι ηλιακές εκλάμψεις του άστρου μας είναι τόσο μεγάλες που ξεπερνούν ακόμα και το μέγεθος της Γης. Για να καταλάβουμε καλύτερα το μηχανισμό τους, επιστήμονες του πανεπιστημίου Caltech δημιούργησαν μία μικροσκοπική εκδοχή τους, χρησιμοποιώντας μία συσκευή η οποία μετατρέπει ισχυρές ριπές ηλεκτρισμού σε αψίδες πλάσματος.

Οι παρατηρήσεις του Ήλιου μας, ανιχνεύουν σωματίδια ενέργειας και ακτίνες Χ, αλλά δεν μπορούν να αποκαλύψουν το μηχανισμό που τα παράγει, επειδή η επιτάχυνση των σωματιδίων λαμβάνει χώρα σε μία κλίμακα πολύ μικρότερη από την ανάλυση της παρατήρησης. Έτσι, οι λεπτομέρειες της φυσικής που εξηγούν την παραγωγή αυτών των σωματιδίων ενέργειας και των ακτίνων Χ, παραμένουν μυστήριο. Εδώ, παρουσιάζουμε παρατηρήσεις από ένα εργαστηριακό πείραμα που προσομοιώνει τη φυσική των ηλιακών εκλάμψεων.

Οι ηλιακές εκλάμψεις επηρεάζουν τη ζωή στη Γη και είναι λογικό να θέλουμε να μάθουμε περισσότερα για αυτές. Η συσκευή που ανέπτυξε ο φυσικός Paul Bellan σχεδιάστηκε ειδικά για να αναπαράγει δομές, γνωστές ως “στεφανιαίους βρόγχους”, μία αψιδωτή δομή στην ατμόσφαιρα του Ήλιου που αποτελείται από σχετικά πυκνό πλάσμα, περιορισμένο και απομονωμένο από το περιβάλλον μέσο με σωλήνες μαγνητικής ροής. Η συσκευή αποτελείται από ηλεκτρομαγνήτες, εισαγωγές αερίων και ηλεκτρόδια σε ένα θάλαμο κενού αέρος.

Όταν οι ηλεκτρομαγνήτες ενεργοποιούνται, παράγουν μαγνητικό πεδίο εντός του κενού αέρος και τότε το αέριο εισέρχεται στο ηλεκτρόδιο. Μία ισχυρή ηλεκτρική εκκένωση μερικών χιλιοστών του δευτερολέπτου λαμβάνει χώρα στο ηλεκτρόδιο, ιονίζοντας το αέριο και μετατρέποντάς το σε πλάσμα, το οποίο δημιουργεί μία αψίδα που ελέγχεται  από το μαγνητικό πεδίο.

Κάθε αψίδα είναι μόλις 20 εκατοστά σε μήκος και 1 εκατοστό σε διάμετρο. Διαρκεί μόλις 10 microseconds αλλά υπερσύγχρονες κάμερες καταγράφουν κάθε στιγμή του σχηματισμού και της ανάπτυξής της.

Αν διαλύσεις ένα σχοινί βλέπεις πως αποτελείται από ίνες ξεχωριστών κομματιών. Αυτές οι ίνες αποτελούνται από ακόμα μικρότερα κομμάτια κλπ. Οι ίνες πλάσματος φαίνεται πως λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο και καθώς φαίνεται, αυτά τα κομμάτια είναι υπεύθυνα για τις εκλάμψεις ακτίνων Χ.

Το πλάσμα είναι ισχυρός αγωγός του ηλεκτρισμού, επιτρέποντας στο ρεύμα να διαρρέει τις αψίδες. Αλλά όταν το ρεύμα ξεπερνά τη χωρητικότητα της αψίδας, αναπτύσσεται μία αστάθεια και οι ξεχωριστές ίνες αρχίζουν να σπάνε, βάζοντας περισσότερη πίεση στις εναπομείναντες ίνες. Όταν συμβαίνει αυτό, παράγεται μία έκλαμψη ακτίνων Χ, συνοδευόμενη από μία αρνητική διαφορά δυναμικού, η οποία επιταχύνει τα φορτισμένα σωματίδια στο πλάσμα.

Μελλοντικές μελέτες του Ήλιου θα αποκαλύψουν ακόμα περισσότερα για αυτή τη διεργασία και ο επόμενος στόχος της ερευνητικής ομάδας είναι να μελετήσει τους διαφορετικούς τρόπους που οι ηλιακές αψίδες μπορούν να συγχωνευτούν για να δούμε τι είδους εκλάμψεις παράγουν.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Nature Astronomy.