Forskere genskaber solens solvind og plasma bøvser på Jorden

Solens solvind påvirker næsten alt i solsystemet. Det kan forstyrre funktionen af ​​Jordens satellitter og skaber lysene fra nordlyset.

En ny undersøgelse fra University of Wisconsin-Madison fysikere efterlignede solvinde i laboratoriet, bekræfter, hvordan de udvikler sig, og giver en jordbundet model til fremtidens undersøgelse af solfysik.

Vores sol er i bund og grund en stor kugle af varmt plasma - en energisk tilstand af stof, der består af ioniseret gas. Mens solen snurrer, plasmaet drejer rundt, også. Denne plasmabevægelse i solens kerne frembringer et magnetfelt, der fylder solens atmosfære. I nogen afstand fra solens overflade, kendt som Alfvén-overfladen, dette magnetiske felt svækkes og plasma bryder væk fra solen, skaber solvinden.

"Solvinden er meget variabel, men der er grundlæggende to typer:hurtig og langsom, " forklarer Ethan Peterson, en kandidatstuderende i afdelingen for fysik på UW-Madison og hovedforfatter af undersøgelsen offentliggjort online 29. juli i Naturfysik . "Satellitmissioner har ret godt dokumenteret, hvor den hurtige vind kommer fra, så vi forsøgte at studere specifikt, hvordan den langsomme solvind genereres, og hvordan den udvikler sig, mens den rejser mod Jorden."

Peterson og hans kolleger, herunder fysikprofessor Cary Forest, har muligvis ikke direkte adgang til solens store plasmakugle, men de har adgang til det næstbedste:den store røde bold.

Den store røde kugle er en tre meter bred hul kugle, med en stærk magnet i midten og forskellige sonder indeni. Forskerne pumper heliumgas ind, ioniser det for at skabe et plasma, og påfør derefter en elektrisk strøm, der sammen med magnetfeltet, rører plasmaet, skabe en næsten perfekt efterligning af solens roterende plasma og elektromagnetiske felter.

Med deres mini-sol på plads, forskerne kan tage målinger på mange punkter inde i bolden, giver dem mulighed for at studere solfænomener i tre dimensioner.

Først, de var i stand til at genskabe Parker Spiralen, et magnetfelt, der fylder hele solsystemet opkaldt efter den videnskabsmand, der først beskrev solvinden. Under Alfvéns overflade, magnetfeltet stråler lige ud fra Solen. Men på den overflade, solvindens dynamik tager over, trække magnetfeltet ind i en spiral.

"Satellitmålinger er ret konsistente med Parker Spiral-modellen, men kun på et tidspunkt ad gangen, så du aldrig ville være i stand til at lave en samtidig, storskala kort over det, som vi kan i laboratoriet." siger Peterson. "Vores eksperimentelle målinger bekræfter Parkers teori om, hvordan det skabes af disse plasmastrømme."

Forskerne var også i stand til at identificere kilden til Solens plasma "bøvser, "lille, periodiske udstødninger af plasma, der giver næring til den langsomme solvind. Med plasmaspinningen, de undersøgte magnetfeltet og plasmaets hastighed. Deres data kortlagde et område, hvor plasmaet bevægede sig hurtigt nok, og magnetfeltet var svagt nok til, at plasmaet kunne bryde af og udstødes radialt.

"Disse udstødninger observeres af satellitter, men ingen ved, hvad der driver dem, " siger Peterson. "Vi endte med at se meget lignende bøvser i vores eksperiment, og identificeret, hvordan de udvikler sig."

Forskerne understreger, at deres jordbundne eksperimenter supplerer, men skift mig ikke, satellit missioner. For eksempel, Parker solsonden, lanceret i august 2018, forventes at nå og endda dykke under Alfvén-overfladen. Det vil give direkte målinger af solvind, der aldrig er opnået før.

"Vores arbejde viser, at laboratorieeksperimenter også kan komme ind på den grundlæggende fysik af disse processer, " siger Peterson. "Og fordi den store røde bold nu er finansieret som en national brugerfacilitet, det siger til videnskabssamfundet:Hvis du vil studere solvindens fysik, det kan du gøre her."