Ученые раскрывают загадки плазмы в солнечной атмосфере
Изучение поведения плазмы на Солнце позволяет сравнить ее поведение на Земле
Ученые из Ирландии и Франции объявили о новом значительном открытии о том, как материя ведет себя в экстремальных условиях солнечной атмосферы.
Ученые использовали радиотелескопы и ультрафиолетовые камеры на космическом аппарате НАСА, чтобы лучше понять экзотическое, но плохо понимаемое «четвертое состояние вещества». Это состояние, известное как плазма, может стать ключом к созданию безопасных, чистых и эффективных генераторов ядерной энергии на Земле. Ученые опубликовали свои выводы в ведущем международном журнале Nature Communications.
Большая часть вещества, с которым мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни, имеет форму твердого тела, жидкости или газа, но большая часть Вселенной состоит из плазмы — крайне нестабильной и электрически заряженной формой материи. Солнце также состоит из этой плазмы.
Несмотря на то, что плазма является самой распространенной формой материи во Вселенной, она остается загадкой, в основном из-за ее нехватки в естественных условиях на Земле, что затрудняет ее изучение. Специальные лаборатории на Земле воссоздают экстремальные условия космоса для этой цели, но Солнце представляет собой полностью естественную лабораторию для изучения поведения плазмы в условиях, которые часто слишком экстремальны для созданных вручную наземных лабораторий.
Доктор Эоин Карли из Дублинского Института перспективных исследований (DIAS) возглавил международное сотрудничество. Он сказал: «Солнечная атмосфера — это очаг экстремальной активности, с температурой плазмы более 1 миллиона градусов Цельсия и частицами, которые перемещаются близко к скорости света. Частицы со скоростью света ярко светятся на радиоволнах, поэтому мы можем точно контролировать поведение плазмы с помощью больших радиотелескопов.»
«Мы тесно сотрудничали с учеными Парижской обсерватории и проводили наблюдения Солнца с помощью большого радиотелескопа, расположенного в Нансее в центральной Франции. Мы объединили радиообследования с ультрафиолетовыми камерами на космическом аппарате SDO НАСА (Solar Dynamics Observatory) чтобы показать, что плазма на Cолнце часто может иcпускать радиоизлучение, которое пульсирует как маяк. Мы знаем об этой активности на протяжении десятилетий, но наше использование космического и наземного оборудования позволило нам впервые получить изображение радиоимпульсов и увидеть, как именно плазмы становятся нестабильными в солнечной атмосфере.»
Изучение поведения плазмы на Солнце позволяет сравнить ее поведение на Земле, где в настоящее время предпринимаются большие усилия для создания термоядерных реакторов. Это генераторы ядерной энергии, которые намного безопаснее, чище и эффективнее, чем их собратья — реакторы деления, которые мы сегодня используем для производства энергии.
Профессор DIAS и сотрудник проекта Питер Галлахер сказал: «Ядерный синтез — это другой тип генерирования ядерной энергии, который объединяет атомы плазмы, в отличие от их разделения, как при делении. Процесс синтеза более стабилен и безопасен, и он не требует высокорадиоактивного топлива; фактически большая часть отходов, полученных в результате термоядерного синтеза, представляет собой инертный гелий».
«Единственная проблема заключается в том, что термоядерная плазма очень нестабильна. Как только плазма начинает генерировать энергию, некоторые естественные процессы отключают реакцию. Хотя такое поведение отключения похоже на врожденный защитный выключатель — термоядерные реакторы не могут образовывать побочные реакции — это также означает, что плазму трудно поддерживать в стабильном состоянии для выработки энергии. Изучая, как плазма становится нестабильной на Солнце, мы можем узнать о том, как управлять ей на Земле».
Eoin P. Carley et al, Loss-cone instability modulation due to a magnetohydrodynamic sausage mode oscillation in the solar corona, Nature Communications(2019). DOI: 10.1038/s41467-019-10204-1