Do widoku Słońca na niebie jesteśmy ewolucyjnie przyzwyczajeni. Jeżeli ktoś nie jest fizykiem, astronomem czy właśnie heliofizykiem, to najprawdopodobniej na Słońce zwraca uwagę tylko wtedy, gdy latem podczas urlopu wybiera się na plażę, a i tak wtedy chodzi najczęściej nie o samo Słońce, a o to, czy nie przysłaniają go przypadkiem chmury. Nie zmienia to jednak faktu, że Słońce jest fascynującym obiektem kosmicznym. Po pierwsze, jest to jedyna gwiazda, jaką jesteśmy w stanie „zobaczyć” (spoglądanie na Słońce nie należy do mądrych rzeczy, bowiem może prowadzić do trwałych uszkodzeń wzroku) jako tarczę, a nie jako pojedynczy punkt świetlny. Mimo stosunkowo niewielkich rozmiarów na niebie (średnica kątowa ok. 0,5 stopnia) jest to gigantyczny obiekt, którego nie da się porównać do nawet największej planety. Średnica Słońca na równiku to blisko 1,3 mln km. Wystarczy tutaj tylko przypomnieć, że na średnicy Słońca można by było ustawić ponad sto planet takich jak Ziemia.
To wszystko sprawia, że wszystkie struktury pojawiające się na powierzchni Słońca są wielokrotnie większe od rozmiarów Ziemi. Dotyczy to także pętli koronalnych składających się z gorącej plazmy. To właśnie im naukowcy postanowili przyjrzeć się nieco dokładniej, jako że to one są źródłem rozbłysków słonecznych, a tym samym emisji silnego twardego promieniowania rentgenowskiego.
Czytaj także: Rozbłysk słoneczny zakłócił komunikację na Ziemi
O ile same pętle, które są zamkniętymi liniami plazmy emitowanymi z fotosfery Słońca wzdłuż linii pola magnetycznego wychodzącymi z powierzchni gwiazdy, ze względu na ich rozmiary jesteśmy w stanie obserwować, to już ich źródło jest dla współczesnej techniki nieuchwytne, ze względu na to, że mechanizmy odpowiadające za ich powstawanie są po prostu za małe i rozdzielczość obecnych instrumentów obserwacyjnych nie jest w stanie ich dostrzec. Skoro zatem nie jesteśmy w stanie przyjrzeć się uważnie rozbłyskom słonecznym emitowanym z pętli koronalnej na Słońcu, to powinniśmy stworzyć jej odpowiednik na Ziemi.
Rozbłysk słoneczny odtworzony w laboratorium
Naukowcy z Caltech postanowili stworzyć niewielkie urządzenie, które pozwala odtworzyć mikroskopijną wersję pętli koronalnej. Zasada działania urządzenia jest stosunkowo prosta. Włączenie elektromagnesów generuje w komorze próżniowej pole magnetyczne. Do wnętrza komory, w której znajdują się elektrody wprowadzany jest gaz. W tym momencie dochodzi do trwającego kilka milisekund wyładowania elektrycznego, które powoduje zjonizowanie gazu, który przyjmuje formę plazmy, która z kolei układa się w pętlę wzdłuż linii pola magnetycznego. Owa pętla o średnicy około 20 cm i grubości centymetra istnieje jedynie 10 mikrosekund. Na szczęście specjalne kamery obserwują cały proces w wysokiej rozdzielczości, dzięki czemu po zakończeniu eksperymentu możliwa jest analiza powstawania i ewolucji pętli.
Czytaj także: Na Słońcu miał miejsce podwójny rozbłysk, który doprowadził do problemów z komunikacją
Wyniki eksperymentu pozwoliły badaczom ustalić, że pętle koronalne przypominają pod względem budowy sznur, który spleciony jest z dużej ilości cienkich włókien, które gdyby je powiększyć także składają się z jeszcze cieńszych włókien. To paradoksalnie może pozwolić na wytłumaczenie mechanizmu powstawania rozbłysków słonecznych.
Jak powstaje rozbłysk słoneczny?
Plazma sama w sobie jest silnym przewodnikiem, a więc silne ładunki biegną w pętlach koronalnych. Kiedy jednak ładunek jest za duży, pojawiają się w pętli niejednorodności i pojedyncze włókna ulegają rozerwaniu. W tym momencie mniej włókien musi sobie radzić z dużym ładunkiem i wzrasta ryzyko rozerwania kolejnych. Z każdym rozerwaniem włókna plazmy emitowane jest promieniowanie rentgenowskie i pojawia się skok ujemnego napięcia, który tylko przyspiesza wysokoenergetyczne cząstki w plazmie. Gdy zaczynają one zwalniać dochodzi do emisji promieniowania rentgenowskiego.
Dokładnie takie same skutki obserwowane są zarówno na Słońcu, jak i w urządzeniu opisanym powyżej, co może wskazywać na to, że w obu przypadkach odpowiada za nie ten sam proces.