Відійдіть від вогню, і ви очікуєте відчути прохолоду. Але з Сонцем відбувається щось дуже дивне.

Зовнішня атмосфера Сонця в сотні разів гарячіша за його видиму поверхню. Звідки ж береться енергія, що стоїть за цією різницею?

Видима поверхня має температуру близько 5 500 °C, тоді як зовнішня атмосфера, званою короною, може перевищувати мільйон градусів Цельсія.

Вчені десятиліттями намагалися пояснити, як цей тонкий шар залишається таким гарячим.

Дослідники в Китаї тепер продемонстрували процес у лабораторії, який може допомогти пояснити частину цього тепла.

Вони виростили структури в плазмі, створеній лазером, що дозволило магнітним полям з'єднуватися, перетворюючи магнітну енергію на тепло.

У експерименті пікова температура електронів була майже вдвічі вищою, ніж у порівняльному експерименті.

Команда, до складу якої входять Вей Сун з Китайського інституту атомної енергії та Йонглі Пін з Пекінського нормального університету, хотіла зрозуміти, як можуть починатися невеликі вивільнення енергії на Сонці.

Вчені підозрюють, що безліч маленьких спалахів, званих наноспалахами, можуть колективно допомагати підтримувати температуру корони. Новий експеримент досліджує можливий тригер для деяких з цих подій.

Сонце заповнене плазмою, станом матерії, що містить електрично заряджені частинки. Магнітні поля проходять через цей матеріал.

Коли магнітні поля, що направлені в протилежні сторони, з'єднуються і змінюють свої зв'язки, зберігається енергія, яка може бути вивільнена, нагріваючи частинки. Цей процес називається магнітним рекомбінацією.

Щоб дослідити, як ці поля можуть зустрічатися, дослідники запустили чотири перекриваючі лазерні промені на пластикову ціль з тонкою рифленою поверхнею на лазерному об'єкті Шенгуан-II в Шанхаї. Імпульси тривали мільярдну частку секунди і перетворили матеріал з цілі на плазму.

Коли плазма розширювалася в набагато менш щільному повітрі навколо неї і сповільнювалася, рифлі на межі перетворювалися на пальці та гриби. Ця поведінка відома як нестабільність Рейлі-Тейлора.

Плазма також генерувала свої власні магнітні поля навколо пальців, при цьому сусідні структури несли поля в протилежних напрямках.

Комп'ютерні симуляції показали, як розширюючіся пальці з'єднували ці поля, дозволяючи їм рекомбінуватися і нагрівати навколишню плазму.

Для порівняння, дослідники повторили експеримент з плоскою пластиковою ціллю. Це призвело до більш гладкого потоку плазми без пальцеподібних структур.

Аналізуючи рентгенівські промені, що випромінюються плазмою, вони оцінили температуру її електронів, негативно заряджених частинок всередині.

З рифленою ціллю пікова температура електронів досягла приблизно 820 000 °C. Значення, виміряне з плоскою ціллю, було приблизно вдвічі нижчим.

У окремій комп'ютерній симуляції, яка заважала формуванню магнітних полів, додаткове нагрівання в значній мірі зникло, що ще більше підтверджує їхню роль.

На Сонці подібні умови можуть виникати, коли відносно холодна, щільна плазма падає через навколишню атмосферу. Це явище, зване корональним дощем, може створити межі, де розвивається нестабільність.

Експеримент дає вченим можливість досліджувати процеси, які занадто малі та швидкі, щоб їх чітко спостерігати на Сонці. Вони можуть перевірити, які умови збирають магнітні поля і наскільки ефективно вивільнена енергія нагріває плазму.

Лабораторна плазма була набагато щільнішою, а процес розгортався на набагато коротшій часовій шкалі, ніж у сонячних наноспалахах. Дослідники порівняли ключові фізичні співвідношення, щоб оцінити, які аспекти можуть бути застосовані до корони, але установка не відтворила повну накопичення магнітної енергії Сонця.

Ці результати підтримують механізм, який може допомогти нагрівати корону. Потрібні подальші спостереження та експерименти, щоб встановити, як часто він працює на Сонці і скільки нагріву він забезпечує.