Plasma fra bordpladen får vind af solturbulens

Forskere fra Indien og Portugal genskabte solturbulens på en bordplade ved hjælp af en ultrakort laserpuls med høj intensitet til at ophidse en varm, tæt plasma og fulgte udviklingen af ​​det gigantiske magnetfelt genereret af plasmadynamikken. Dette åbner muligheden for at studere astrofysiske fænomener som stjerners udvikling, i laboratoriet.

Turbulent magnetfeltdynamik, der forklarer astrofysiske fænomener som stjerners udvikling, er indtil videre kun opnået gennem observationer via teleskoper og satellitter. Nu, et hold videnskabsmænd fra Indien og Portugal har genskabt sådan magnetisk turbulens på en bordplade i laboratoriet, ved at bruge en højintensitets ultrakort laserpuls til at excitere en varm, tæt plasma på en fast overflade og fulgte den ekstremt hurtige udvikling af det gigantiske magnetfelt genereret af plasmadynamikken. Denne banebrydende undersøgelse vil blive offentliggjort i Naturkommunikation den 30. juni.

Turbulens er overalt - fra tekopper til tokamaks og fra vandstråler til vejrsystemer, det er noget, vi alle ser og oplever. Endnu, selv efter århundreders seriøse videnskabelige undersøgelser, væsketurbulens er stadig ikke korrekt forstået. Selvom det er svært at definere turbulens enkelt, det har mange genkendelige funktioner, den mest almindelige er udsving i parametre som hastighed og tryk, indikerer randomisering af flowet.

Turbulens er ikke kun dårligt og ødelæggende, på trods af fænomener som luftturbulens på en flyvning i dårligt vejr. En god egenskab er, at den muliggør meget hurtigere blanding end muligt med kun normal, langsom diffusion. For eksempel, sukkeret tilsat en kop te ville tage timer eller dage at sprede sig uforstyrret, men omrøring gør teen turbulent, resulterer i hurtig blanding på molekylært niveau. Turbulens hjælper også med at blande brændstof og ilt til effektiv forbrænding i motorer.

Meget af vores univers består af højioniseret gas kendt som plasma, som ofte kan være ekstremt varmt og hvirvlende med ufattelige hastigheder. Turbulens i et plasma er meget mere kompleks end i neutrale hydrodynamiske væsker. I et ladet plasmamiljø, de negativt ladede, lette elektroner og positive tunge ioner reagerer på vidt forskellige længde- og tidsskalaer. Bevægelsen af ​​disse ladede arter er styret af elektromagnetiske kræfter, og strømmen gennem ladningspartikeldynamikken fører til magnetisk feltgenerering. Derfor, tilfældigheden af ​​magnetiske felter efterligner ofte væsketurbulensen i plasmaer.

Holdet af videnskabsmænd, der leder denne nye undersøgelse, finder ud af, at turbulensen i magnetfeltet i første omgang er drevet af elektronerne (ved en billiontedel af et sekund), og ionerne træder ind og tager over på længere tidspunkter. Det er første gang et sådant 'stafetløb', der involverer to forskellige arter, er blevet set. Yderligere, disse laboratorieobservationer har en uhyggelig lighed med satellitdataene om magnetfeltspektrene målt for turbulente astrofysiske plasmaer i solvinden, solfotosfæren og Jordens magnetskede. Selvom elektronerne i plasmaet i lasereksperimentet til at begynde med får energi, den iondominerende respons, der slår ind på senere tidspunkter, viser spektrale træk, der ligner dem i astrosystemerne. Disse eksperimenter etablerer således klare sammenhænge mellem de to scenarier, selvom drivkraften bag turbulens i laboratorieplasmaet er meget anderledes end i det astrofysiske system.