Napkitörések laboratóriumban

Első alkalommal sikerült kisérletileg is demonstrálni egy lehetséges mechanizmust, mely a koronakidobódások (coronal mass ejection – CME) kialakításának hátterében állhat.

Kicsinyített napkitörések előállítása laboratóriumban. A plazmahurok talppontjainak távolsága 8 cm. Forrás: eos.org

A CME-k során óriási (millió tonnában mérhető) mennyiségű plazma tör ki a Nap koronájából a bolygóközi térbe. A gázanyag a Földünk felé haladva komoly veszélyt jelenthet a műholdakra és űrhajósokra, de akár a földi elektromos hálózatokra is. Évek óta vita tárgyát képezi, hogy milyen lehetséges fizikai folyamatok állhatnak a jelenség hátterében, illetve mi az, ami közvetlenül kiválthatja ezt a folyamatot. A Caltech két kutatójának (B. N. Ha és P. M. Bellan) sikerült nem csak elméletileg, de kísérletileg is alátámasztani egy lehetséges beindító mechanizmust.

A CME-k a Nap mágneses erőterével, a fluxuscsövekkel vannak kapcsolatban. Ezek a fluxuscsövek tulajdonképpen mágneses erővonalhurkok, melyek két ponton átdöfik a Nap felszínét. A megfigyelések szerint a CME-k ott alakulnak ki, ahol egy ilyen már létező fluxuscső-hurok hirtelen elveszíti a stabilitását, és ez vezet a korábban nyugodt plazma hirtelen gyorsulásához, így annak kidobódásához. A kutatók azt vizsgálták, hogy az úgynevezett tórusz-instabilitás magyarázatot adhat-e erre a stabilitásvesztésre.

2000 februárjában történt CME a SOHO műhold felvételén (balra) és egy hasonló dinamikájú plazma, laboratóriumi kísérletben (jobbra).

A tórusz-instabilitás a koronában, a Nap felső légkörében akkor jelentkezik, amikor egy ilyen fluxuscső egyszerűen túl nagyra nő. A hurok magassága kezdetben lassan növekedik, így a csövet egyben tartó mágneses térerősűrűség fokozatosan csökken, mivel a térerősség egyre nagyobb térfogatba van beágyazva. Egy kritikus magasság elérésekor az erősűrűség túl gyengévé válik ahhoz, hogy a továbbiakban összetarthassa a hurkot, így a lassú növekedést követően a fluxuscső hirtelen elpattan/elszakad (akár egy szál túl vékonyra húzott tészta).

Mivel a napkorona mágneses mezejét nagyon nehéz pontosan mérni vagy modellezni, ezért a két kutató saját fluxuscsövet és mesterséges mágneses teret állított elő vákuumkamrában, így tesztelhették a tórusz-instabilitás CME-ket kiváltó képességét. A mágneses térerősséget a magasság függvényében finoman csökkentve sikerült a CME-ket utánzó plazmakilövelléseket előállítaniuk, ezáltal kísérleti megerősítését is előállítani a hipotézisnek. Ez a tanulmány az első, amely képes volt demonstrálni a koronakidobódásokat a fluxuscső-hurkok lassú emelkedésétől, a plazma hirtelen gyorsításáig. Ezen eredmények és a további kísérletek segíthetnek a Földre potenciálisan veszélyes CME-k jövőbeni előrejelzésében.

Források:

Earth and Space Science News

A tanulmány a Geophysical Research Letters-ben jelent meg: “Laboratory demonstration of slow rise to fast acceleration of arched magnetic flux ropes” – B. N. Ha, P. M. Bellan; GRS, Vol 43, Issue 18, 9390-9396, 10.1002/2016GL069744