Солнечный ветер воссоздан в лаборатории с помощью модели Big Red Ball

Лабораторная модель (в Стерлинг-холле Университета Висконсин-Мэдисон, США) солнечного ветра может улучшить прогнозы космической погоды.

Солнечный ветер — это постоянно меняющийся, плохо предсказуемый поток заряженных частиц от Солнца: гигантский выдох прямо в наши лица. Он отвечает за полярные сияния, которые производит в партнерстве с магнитными полями Земли. Солнечный ветер также породил, пожалуй, самую интересную работу на Земле: космический метеоролог.

Но данные о солнечном ветре не так легко получить. Да, мы всегда можем наблюдать заряженные частицы, которые попадают в магнитное поле нашего мира, но для более глобального обзора нам нужно использовать спутниковые данные, а спутники стоят не дешево. Было бы хорошо, если бы мы могли воссоздать солнечный ветер в лаборатории. И это именно то, что сделала группа физиков, используя машину под названием «Большой красный шар» / Big Red Ball.

Ветер существует, потому что Солнце обладает мощным магнитным полем, которое образует гигантские вложенные петли, которые начинаются и заканчиваются на солнечных полюсах. Чем дальше от Солнца попадают эти петли, тем слабее они становятся, что облегчает их разрыв. И само Солнце помогает разбить их. Оно более или менее непрерывно выбрасывает суп из заряженных частиц или плазмы. Эта плазма накапливается и в конце концов становится достаточно сильной, чтобы препятствовать тому, чтобы линии магнитного поля петель закрылись. Эти ломаные линии больше не начинаются и не заканчиваются на солнечных полюсах — вместо этого они простираются через Солнечную систему и никогда не заканчиваются.

Затем нужно добавить солнечное вращение: Солнце вращается как волчок, который увлекает за собой магнитное поле. Для непрерывных линий, которые все еще идут от полюса к полюсу, это не имеет большого значения. Однако ломаные линии скручиваются, образуя спираль, которая тянется в Солнечную систему. Форма этих силовых линий придает солнечному ветру характерные свойства.

Теперь вернемся к плазме, которую выбрасывает Солнце. Помните, что плазма оказывает давление на линии магнитного поля, что в конечном итоге нарушает их. Это жестокое событие, которое происходит в непредсказуемые моменты. Все это создает очень непредсказуемую систему, которая, в свою очередь, делает космическую погоду интересной. Именно поэтому лабораторная модель этого сложного процесса была бы так полезна: она позволила бы ученым проверять свои вычислительные модели на основе более плотного набора данных, который может быть получен при наблюдениях Солнца.

Вот где появляется Big Red Bal. По сути, это вакуумная камера, окруженная магнитами, которые позволяют исследователям ограничить большой шар плазмой. Однако поля, генерируемые магнитами BRB, спроектированы так, чтобы быть достаточно слабыми в центральном объеме (где проводятся эксперименты), так что плазма по существу свободна генерировать свое собственное поведение.

Чтобы смоделировать солнечный ветер, исследователи поместили стержневой магнит в центр шара и начали вращать его. На этом уровне эксперимент действительно прост. Но BRB — это сложная машина для характеристики плазмы и магнитных полей, поэтому она должна быть способна наблюдать за сложным поведением.

Но модель не идеальна. Плазма состоит как из электронов, так и из положительно заряженных ионов. Электроны испытывают почти те же условия, что и в космосе, но это не относится к ионам. В космосе ионы почти никогда не сталкиваются друг с другом, в то время как в Big Red Bal они постоянно сталкиваются. Это имеет два эффекта: во-первых, размагничивает ионную часть плазмы. Каждый ион представляет собой крошечный магнит. Это означает, что плазма будет вести себя немного иначе в модели, чем в космосе.

Мы также подозреваем, что столкновения гомогенизируют плазму. В космосе без столкновений горячие ионы остаются горячими и не передают свою энергию другим ионам. Однако в Big Red Bal эта энергия будет распространяться довольно быстро. Однако даже с этим ограничением представляется вероятным, что модель будет весьма полезным инструментом, помогающим космическим метеорологам лучше справляться с прогнозированием космической погоды.

 

По материалам Arstechnica

Источник: broadcast.net.ua

Leave a comment

Your email address will not be published.


*