Скріншот із лабораторії концептуальних зображень NASA на тему «Магнітне перез’єднання в Сонячній системі». Магнітне перез’єднання відбувається, коли паралельні магнітні поля – які в даному випадку виявляються у сонячних спалахах – стикаються, розриваються та переналаштовуються. Цей процес викликає вибух високої енергії, який катапультує частинки в просторі. Авторство: Лабораторія концептуальних зображень NASA
Вчені використовують потужні лазери для створення мініатюрних сонячних спалахів для вивчення процесу магнітного перез’єднання.
Вчені використали дванадцять високоенергетичних лазерних променів для моделювання міні-сонячних спалахів, щоб дослідити основні механізми магнітного перез’єднання, фундаментального астрономічного явища.
Всупереч поширеній думці, Всесвіт не порожній. Незважаючи на фразу «велика порожнеча космосу», Всесвіт наповнений різними матеріалами, такими як заряджені частинки, гази та космічні промені. Хоча небесні тіла можуть здатися рідкістю, у Всесвіті кипить активність.
Одним із таких рухів частинок і енергії через простір є явище, яке називається магнітним перез’єднанням. Як випливає з назви, магнітне перез’єднання відбувається, коли два паралельні магнітні поля, як у двох магнітних полях, що рухаються в протилежних напрямках, стикаються, розриваються та перебудовуються. Хоча це здається нешкідливим, це далеко не спокій.
Це явище спостерігається скрізь у Всесвіті. У домашніх умовах їх можна побачити на сонячних спалахах або в магнітосфері Землі. пояснює Тайчі Моріта, доцент Університету Університет Кюсю Факультет інженерних наук і перший автор дослідження. «Насправді полярне сяйво утворюється в результаті викиду заряджених частинок із магнітного перез’єднання в магнітному полі Землі».
Однак, хоча вони трапляються часто, багато механізмів, що лежать в основі цих явищ, залишаються загадкою. Проводяться дослідження, як в[{” attribute=””>NASA’s Magnetospheric Multiscale Mission, where magnetic reconnections are studied in real-time by satellites sent into Earth’s magnetosphere. However, things such as the speed of reconnection or how energy from the magnetic field is converted and distributed to the particles in the plasma remain unexplained.
An alternative to sending satellites into space is to use lasers and artificially generate plasma arcs that produce magnetic reconnections. However, without suitable laser strength, the generated plasma is too small and unstable to study the phenomena accurately.
“One facility that has the required power is Osaka University’s Institute for Laser Engineering and their Gekko XII laser. It’s a massive 12-beam, high-powered laser that can generate plasma stable enough for us to study,” explains Morita. “Studying astrophysical phenomena using high-energy lasers is called ‘laser astrophysics experiments,’ and it has been a developing methodology in recent years.”
In their experiments, reported in Physical Review E, the high-power lasers were used to generate two plasma fields with anti-parallel magnetic fields. The team then focused a low-energy laser into the center of the plasma where the magnetic fields would meet and where magnetic reconnection would theoretically occur.
“We are essentially recreating the dynamics and conditions of a solar flare. Nonetheless, by analyzing how the light from that low-energy laser scatters, we can measure all sorts of parameters from plasma temperature, velocity, ion valence, current, and plasma flow velocity,” continues Morita.
One of their key findings was recording the appearance and disappearance of electrical currents where the magnetic fields met, indicating magnetic reconnection. Additionally, they were able to collect data on the acceleration and heating of the plasma.
The team plans on continuing their analysis and hopes that these types of ‘laser astrophysics experiments’ will be more readily used as an alternative or complementary way to investigate astrophysical phenomena.
“This method can be used to study all sorts of things like astrophysical shockwaves, cosmic-ray acceleration, and magnetic turbulence. Many of these phenomena can damage and disrupt electrical devices and the human body,” concludes Morita. “So, if we ever want to be a spacefaring race, we must work to understand these common cosmic events.”
Reference: “Detection of current-sheet and bipolar ion flows in a self-generated antiparallel magnetic field of laser-produced plasmas for magnetic reconnection research” by T. Morita, T. Kojima, S. Matsuo, S. Matsukiyo, S. Isayama, R. Yamazaki, S. J. Tanaka, K. Aihara, Y. Sato, J. Shiota, Y. Pan, K. Tomita, T. Takezaki, Y. Kuramitsu, K. Sakai, S. Egashira, H. Ishihara, O. Kuramoto, Y. Matsumoto, K. Maeda and Y. Sakawa, 10 November 2022, Physical Review E.
DOI: 10.1103/PhysRevE.106.055207
The study was funded by the Japan Society for the Promotion of Science.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
