Видимая поверхность Солнца излучает тепло с относительно скромной по меркам космоса температурой — примерно 5800 кельвин. Однако во внешней тонкой оболочке звезды, известной как солнечная корона, электроны раскаляются до миллионов градусов. Астрономы долгое время не могли полностью объяснять механизмы этого процесса.
Основная научная теория гласит, что магнитные поля в короне под воздействием движения плазмы постоянно скручиваются и натягиваются, накапливая огромную энергию. В определенный момент противоположные силовые линии магнитного поля могут разрываться и соединяться заново в процессе так называемого магнитного пересоединения, внезапно высвобождая накопленные ресурсы. Каждая отдельная нановспышка выглядит совсем крошечной, но их совокупность способна запускать мощные струи плазмы и мгновенно раскалять окружающее пространство.
Чтобы проверить эту гипотезу на практике, группа физиков из Китайского института атомной энергиииспользовала крупную лазерную установку Shenguang-II. Ученые направили мощные лучи лазера на крошечные пластиковые мишени со специально сформированной волнообразной поверхностью.
Это позволило получить плазменный сгусток размером всего несколько миллиметров, поведение которого имитировало процессы в солнечной короне — в частности, образование «солнечного дождя», когда потоки плотной холодной плазмы стекают сквозь тонкий слой газа. Результаты исследования опубликовали в журнале Physical Review Letters.
Для сравнения ученые провели аналогичные измерения на обычных плоских мишенях, где отсутствовали волнообразные выступы. Анализ рентгеновского излучения и компьютерное моделирование показали, что волнистая форма мишеней эффективно сжимала магнитные поля и приводила к их быстрому пересоединению. В результате электроны в плазме разогревались примерно до 820 тысяч кельвин — это оказалось ровно вдвое выше максимальной температуры, зарегистрированной на плоских мишенях.
В итоге исследователям впервые удалось получить прямые лабораторные доказательства нагрева плазмы за счет магнитных нановспышек, вызванных неустойчивостью среды. В дальнейшем физики планируют усложнить эксперименты, перейдя к трехмерным моделям плазмы и более точным измерениям, что поможет выяснить, насколько часто такие микровспышки возникают в реальных условиях на самом Солнце.