태양의 당황한 플라즈마는 실험실에서 재현되었습니다

태양만큼 친숙한 천상의 몸조차도 비밀이 약간 있습니다. 태양의 가시 표면 위에, 하전 입자로 구성된 뜨거운 가스는 공간으로 뻗어있어 태양의 과열 된 외부 층을 형성합니다. 일부 과정은 코로나 의이 플라즈마를 수백만 정도까지 가열하여 태양 바람처럼 태양에서 빠져 나갑니다.

이 플라즈마가 어떻게 태양의 자기장을 피하는지 정확히 어떻게 미스터리입니다. NASA의 Goddard Space Flight Center의 천체 물리학자인 Therese Kucera는“태양에 대한 많은 열린 질문이 결국 자기장으로 내려옵니다.

태양의 자기장은 태양 표면에서 우주로 뻗어있는 거대한 루프를 형성합니다. 이 루프 중 일부는 태양의 코로나 안에 들어갈 수있을 정도로 작고 다른 루프는 태양계의 가장자리까지 뻗어 있습니다.

일반적으로, 이들 루프는 하전 입자가 자체가 아닌 자기장을 따라 이동하기 때문에 플라즈마를 트랩합니다. 일부 플라즈마는 태양계로 뻗어있는 루프를 따라 태양에서 탈출합니다. 이 플라즈마는 소위 "빠른"태양풍이됩니다. 과학자들은 혈장 덩어리가 작은 루프에서 벗어나 "느린"태양풍을 생성 할 수 있다고 생각합니다. 루프는 재 연결이라는 프로세스에서 스스로를 끊고 다시 파쇄하여 갇힌 플라즈마 중 일부를 깎아냅니다. 그러나 자기 재 연결이 어디서 어떻게 발생하는지에 대한 세부 사항은 우리를 피해 왔습니다.

Kucera는“우리는 단지 우리의 손을 흔들고‘오, 어떻게 든 재 연결과 관련이 있어야합니다.’라고 말합니다.

그래서 한 연구 팀은 실험실에서 플라즈마 볼에서 태양의 자기장 구조를 다시 만들려고했습니다.

실험실에서 태양을 어떻게 만드나요?

태양 자기장의 가장 간단한 모델은 북 자석 또는 북쪽 및 남극이있는 쌍극자입니다. 자기장은 한 극에서 다른 극으로 확장됩니다.

물론 태양은 바 자석보다 더 복잡합니다. 태양이 회전하여 자기장을 Parker 나선으로 알려진 소용돌이 패턴으로 비 틀었습니다. 그리고 자기장의 태양에서 나오는 플라즈마의 흐름은 자기장의 부분을 고무 밴드처럼, 루프를 태양계의 가장자리까지 스트레칭합니다.

매디슨 위스콘신 대학교 (University of Wisconsin)의 연구팀은 이러한 각 요소를 실험실 모델에 구축했습니다. 3 미터 넓은 플라즈마 격리 챔버 (“큰 빨간 공”) 내부에서 팀은 폭은 약 10 센티미터, 길이 10 센티미터 길이의 원통형 영구 자석을 배치했습니다. 이것은 그들의 스타터 선이었습니다. 그런 다음 헬륨 가스로 만든 혈장으로 공을 채우고 전류를 통해 전류를 몰아 냈습니다.

위스콘신의 혈장 물리학자인 이단 피터슨 (Ethan Peterson)은“이것은 태양과 비슷한 쌍극자 자기장에서 회전하는 혈장을 만듭니다. 이 기술을 통해 팀은 오늘날 자연 물리학 에 발표 된 논문에서 묘사 한 바와 같이 Parker 나선형의 모양을 성공적으로 재현 할 수있었습니다. .

실험은 또한 혈장이 불안정한 균형을 잡는 태양 주위의 영역을 모방 할 수있었습니다. 이 경계 내에서, 플라즈마는 자기장에 의해 포함되지만, 그 외부에는 태양의 회전에서 나온 원심력이 자기장을 압도하고 플라즈마는 바깥쪽으로 흐릅니다. Peterson은“[혈장]을 충분히 열심히 돌리면 원심력에서 회전 할 수 있다고 밝혔다. 이 팀은 그들이 생성 한 플라즈마 덩어리가 태양의 느린 태양풍에 연료를 공급하는 우주의 사람들과 유사하다고 생각합니다.

혈장 밀도 및 하전 된 중성 입자의 비율과 같은 모델의 일부 측면은 실제 태양의 코로나와 태양풍의 구성을 반영하지 않습니다. 그러나 태양풍의 시뮬레이션을 수행하고 연구에 관여하지 않은 Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory의 태양 물리학자인 Aleida Higginson 은이 실험은 여전히 ​​유익하다고 말했다. “우리는 지구의 실험실 조건과 태양에 대해 이야기하고 있으므로 차이가있을 것입니다. 나는 여전히 감동했다”고 말했다. "그들이 정말로 다시 연결되어 얼룩이 생겼다면 정말 멋지고 유망하다고 생각합니다."

왜 진짜 태양을 공부하기가 어려운가?

Kucera는“공간은 정말 큽니다. 우주 프로브는 한 번에 한 장소에만있을 수 있습니다. 태양풍의 이미지를 촬영하든, 연구자들은 자사의 구조를 더 잘 이해하거나 자기장 강도와 입자를 스트리밍하는 입자를 측정 할 수 있든, 모든 우주 프로브는 태양 환경의 작은 부분 만 조사 할 수 있습니다. “우리는 어디서나 샘플링 할 수 있기를 바랍니다. 그러나 분명히 우리는 그렇게 할 수 없습니다.”

반면에 이와 같은 실험실 실험을 통해 연구원들은 큰 그림을 얻을 수 있습니다. 그들은 결국 전체 태양계를 3 미터 너비의 공에 맞았습니다.

실험실 모델은 또한 연구원들이 현실 세계에서 할 수없는 방식으로 실험 할 수 있도록합니다.

"실험실 실험이기 때문에 매개 변수 중 일부를 변경할 수 있습니까?" 버클리 캘리포니아 대학의 천체 물리학 자 스튜어트 베일 (Stuart Bale)은 작년에 시작된 우주선 인 파커 태양열 프로브 (Parker Solar Probe) 실험의 리더라고 말했다. “그리고 우리는 할 수 없습니다. 태양은 할 일을합니다.”

Parker Solar Probe가 향후 몇 년 동안 태양을 돌면서 코로나를 통과하고 연구원들이 실험실 결과와 비교할 수있는 데이터를 수집 할 것입니다.

베일은“그들이보고있는 것들이 있다면, 그것이 진짜라면 우리는 그것을 볼 것입니다.”