Chińscy naukowcy odtworzyli w laboratorium proces, który może odpowiadać za część ogrzewania korony Słońca, czyli zewnętrznej atmosfery naszej gwiazdy. W eksperymencie z potężnymi laserami temperatura elektronów w plazmie sięgnęła około 820 tys. K — niemal dwukrotnie więcej niż w doświadczeniu kontrolnym. Wyniki zespołu Wei Suna z China Institute of Atomic Energy opublikowało czasopismo Physical Review Letters.

Dlaczego korona jest gorętsza niż powierzchnia Słońca?

Powierzchnia Słońca ma około 5500 st. C. Fotosfera, czyli ta widoczna warstwa, to mniej więcej 5800 K. Tymczasem korona — bardzo rozrzedzona atmosfera leżąca nad nią — osiąga 1–2 mln K, a miejscami jeszcze więcej. Rozrzedzony gaz jest więc setki razy gorętszy od warstwy pod sobą.

To wygląda na sprzeczne z intuicją. Energia Słońca powstaje w jądrze i przemieszcza się ku zewnętrznym warstwom, więc im dalej od centrum, tym powinno być chłodniej. Fizycy szukają wyjaśnienia tej różnicy od dziesięcioleci.

Jak to działa?

Jedno z głównych wyjaśnień dotyczy pola magnetycznego Słońca. Ruchy plazmy w niższych warstwach gwiazdy nieustannie odkształcają linie tego pola i gromadzą w nich energię — trochę jak w coraz mocniej naciąganej gumce. Kiedy dwa przeciwnie skierowane pola zbliżą się do siebie, może dojść do rekoneksji magnetycznej: linie pola przełączają się, a część zgromadzonej energii zamienia się w ciepło i w ruch cząstek.

Co pokazał eksperyment z laserami?

Doświadczenie przeprowadzono w chińskim ośrodku laserowym Shenguang-II. Badacze skierowali silne impulsy laserowe na niewielkie plastikowe próbki o pofałdowanej powierzchni. Materiał gwałtownie zamienił się w plazmę, która zaczęła się rozszerzać.

Na granicy obszarów o różnej gęstości pojawiły się struktury przypominające palce i grzyby — to objaw niestabilności Rayleigha-Taylora, która narasta tam, gdzie różnica gęstości i przyspieszenie rozkołysują granicę między warstwami materii. Te zaburzenia zbliżyły do siebie obszary z przeciwnie skierowanymi polami magnetycznymi i wyzwoliły rekoneksję. Elektrony rozgrzały się wtedy do około 70,8 eV, co odpowiada mniej więcej 820 tys. K — dwa razy więcej niż w próbkach płaskich, bez takich zaburzeń.

Obserwacje optyczne, pomiary promieniowania rentgenowskiego i symulacje komputerowe wskazały, że za dodatkowe ciepło odpowiadała głównie zamiana energii magnetycznej, a nie tarcie w plazmie. To argument za hipotezą nanorozbłysków: pojedyncze takie uwolnienie energii jest znacznie słabsze od dużego rozbłysku słonecznego, ale ogromna liczba takich zdarzeń mogłaby stale zasilać koronę.

Co warto zapamiętać?

  • Plazma w eksperymencie miała rozmiary kilku milimetrów, a procesy zachodziły znacznie szybciej niż w prawdziwej atmosferze Słońca — podobne były tylko wybrane parametry fizyczne.
  • Nie wiadomo, jak często ten mechanizm działa w rzeczywistej koronie i czy wywołane nim nanorozbłyski dostarczają dość energii, by wyjaśnić jej temperaturę.
  • Autorzy planują dalsze eksperymenty i dokładniejsze badania trójwymiarowych struktur plazmy.
  • Podobne warunki mogą pojawiać się w koronie podczas deszczu koronalnego, gdy schłodzona i zagęszczona plazma opada wzdłuż linii pola magnetycznego przez gorętszy, rzadszy gaz.