Ученые воспроизвели процесс, в результате которого в космосе происходят ударные волны высокой энергии, вызывающие магнитные космические бури. – пишет eurekalert.org со ссылкой на Physical Review Letters.
Ударные волны высокой энергии, вызванные солнечными вспышками и выбросами корональной массы плазмы от солнца, вспыхивают по всей солнечной системе, вызывая магнитные космические бури, которые могут повредить спутники, нарушить обслуживание сотовых телефонов и отключить электросети на Земле. Также высокоэнергетическими волнами движет солнечный ветер - плазма, которая постоянно течет от солнца и воздействует на защитное магнитное поле Земли.
Теперь эксперименты, проведенные исследователями в Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США в Принстонском центре гелиофизики, впервые воспроизвели процесс, стоящий за источником таких ударов. Полученные данные устраняют разрыв между лабораторными и космическими наблюдениями и улучшают понимание того, как действует Вселенная.
Эксперименты, описанные в Physical Review Letters, показывают, как взаимодействие плазмы - вещества, состоящего из свободных электронов и атомных ядер или ионов, - может вызывать внезапные скачки давления в плазме и напряжение магнитного поля, что может ускорять частицы почти до скорости света. Такие удары возникают не из-за столкновения между частицами, а из-за взаимодействия волн и частиц.
Исследование произвело измерение полной подготовки к ударам. «Прямое измерение - это элегантный способ увидеть, как частицы движутся и взаимодействуют, - сказал физик Дерек Шеффер из Принстонской лаборатории физики плазмы и Принстонского университета, который руководил исследованием. - Наша статья показывает, что мы можем использовать мощную диагностику для изучения движений частиц, которые приводят к ударам».
Исследование, проведенное на лазерном оборудовании Omega в Рочестерском университете, позволило получить плазму с лазерным приводом, называемую «поршневой» плазмой, которая расширялась со сверхзвуковой скоростью более одного миллиона миль в час через ранее существовавшую плазму окружающей среды. Расширение ускорило ионы в окружающей плазме до скоростей примерно в полмиллиона миль в час, имитируя предвестник ударов без столкновений, которые происходят по всему космосу.
Исследование разворачивалось в несколько этапов:
Во-первых, создание поршневой плазмы воспроизводило сверхзвуковую плазму, которая образуется в космическом пространстве. Поршень действовал как снегоочиститель, поглощая ионы в окружающей плазме, погруженной в магнитное поле.
По мере того, как все большее количество этих ионов поднималось вверх, они формировали барьер, который препятствовал дальнейшему действию поршня. «Как только вы накопите достаточно «снега», амортизатор отсоединится от поршня», - сказал Шеффер.
Остановленный поршень передал образование удара сильно сжатой намагниченной плазме, что привело к внезапному скачку без столкновений.
Исследователи использовали диагностику рассеяния Томпсона для отслеживания этих событий. Диагностика обнаруживает лазерное излучение, рассеянное от электронов в плазме, позволяя измерять температуру и плотность электронов и скорость протекающих ионов. Результаты показывают, что лабораторные эксперименты могут исследовать поведение частиц плазмы в предшественнике бесстолкновительных астрофизических ударов, «и могут дополнять, а в некоторых случаях преодолевать ограничения аналогичных измерений, предпринимаемых миссиями космических кораблей».
Конечная цель
В то время как это исследование воспроизвело процесс, который
вызывает удары, конечной целью является измерение самих частиц,
ускоренных шоком. Для этого шага, по словам Шеффера, «ту же
диагностику можно будет использовать, как только мы разработаем
способность выдерживать достаточно сильные удары. В качестве
бонуса, - добавляет он, - эта диагностика аналогична тому, как
космический аппарат измеряет движения частиц в космических
ударах, поэтому в будущем результаты могут быть напрямую
сопоставлены».
[Фото: eurekalert.org]
