Solens solvind påverkar nästan allt i solsystemet. Det kan störa funktionen hos jordens satelliter och skapar norrskens ljus.

En ny studie av fysiker vid University of Wisconsin-Madison efterliknade solvindar i labbet, bekräftar hur de utvecklas och tillhandahåller en jordbunden modell för framtida studier av solfysik.

Vår sol är i grunden en stor boll av het plasma - ett energiskt tillstånd av materia som består av joniserad gas. När solen snurrar, plasman snurrar med, för. Denna plasmarörelse i solens kärna producerar ett magnetfält som fyller solatmosfären. På något avstånd från solens yta, känd som Alfvén-ytan, detta magnetfält försvagas och plasma bryts bort från solen, skapar solvinden.

"Solvinden är mycket varierande, men det finns i huvudsak två typer:snabb och långsam, " förklarar Ethan Peterson, en doktorand vid institutionen för fysik vid UW-Madison och huvudförfattare till studien publicerad online 29 juli i Naturfysik . "Satellituppdrag har dokumenterat ganska bra varifrån den snabba vinden kommer, så vi försökte studera specifikt hur den långsamma solvinden genereras och hur den utvecklas när den färdas mot jorden."

Peterson och hans kollegor, inklusive fysikprofessor Cary Forest, kanske inte har direkt tillgång till solens stora plasmaboll, men de har tillgång till det näst bästa:den stora röda bollen.

Den stora röda bollen är en tre meter bred ihålig sfär, med en stark magnet i mitten och olika sonder inuti. Forskarna pumpar in heliumgas, jonisera det för att skapa ett plasma, och applicera sedan en elektrisk ström som, tillsammans med magnetfältet, rör om plasman, skapar en nästan perfekt imitation av solens roterande plasma och elektromagnetiska fält.

Med sin mini-sol på plats, forskarna kan göra mätningar på många punkter inuti bollen, så att de kan studera solfenomen i tre dimensioner.

Först, de kunde återskapa Parker Spiral, ett magnetfält som fyller hela solsystemet uppkallat efter den vetenskapsman som först beskrev solvinden. Under Alfvéns yta, magnetfältet strålar rakt ut från solen. Men vid den ytan, solvindsdynamiken tar över, drar magnetfältet in i en spiral.

"Satellitmätningar är ganska överensstämmande med Parker Spiral-modellen, men bara vid ett tillfälle i taget, så att du aldrig skulle kunna göra en samtidig, storskalig karta över det som vi kan i labbet." säger Peterson. "Våra experimentella mätningar bekräftar Parkers teori om hur det skapas av dessa plasmaflöden."

Forskarna kunde också identifiera källan till solens plasma "rapar, "liten, periodiska utstötningar av plasma som driver den långsamma solvinden. När plasman snurrar, de undersökte magnetfältet och plasmans hastighet. Deras data kartlade ett område där plasman rörde sig tillräckligt snabbt och magnetfältet var tillräckligt svagt för att plasman skulle kunna bryta av och skjuta ut radiellt.

"Dessa utkastningar observeras av satelliter, men ingen vet vad som driver dem, " säger Peterson. "Det slutade med att vi såg mycket liknande rapningar i vårt experiment, och identifierade hur de utvecklas."

Forskarna betonar att deras jordbundna experiment kompletterar, men ersätt mig inte, satellituppdrag. Till exempel, Parkers solsond, lanserades i augusti 2018, förväntas nå och till och med sjunka under Alfvéns yta. Det kommer att ge direkta mätningar av solvind som aldrig erhållits tidigare.

"Vårt arbete visar att laboratorieexperiment också kan komma till den grundläggande fysiken i dessa processer, " säger Peterson. "Och eftersom Big Red Ball nu finansieras som en nationell användaranläggning, det säger till vetenskapssamfundet:Om du vill studera solvindens fysik, du kan göra det här."