Solstrålar orsakas av magnetisk återanslutning i rymden och kan störa våra kommunikationssatelliter, påverkar elnät, flygtrafik och telefoni. Nu, forskare vid Chalmers tekniska universitet, Sverige, har hittat ett nytt sätt att imitera och studera dessa spektakulära rymdplasmafenomen i en laboratoriemiljö. Upphovsman:NASA/SDO/AIA/Goddard Space Flight Center
Solstormar, kosmisk strålning, och norrskenet är välkända fenomen. Men exakt hur deras enorma energi uppstår är inte lika väl förstådd. Nu, fysiker vid Chalmers tekniska universitet, Sverige, har upptäckt ett nytt sätt att studera dessa spektakulära rymdplasmafenomen i en laboratoriemiljö. Resultaten har publicerats i den berömda tidskriften Naturkommunikation .
"Forskare har försökt få ner dessa rymdfenomen till jorden i ett decennium. Med vår nya metod kan vi gå in i en ny era, och undersöka vad som tidigare var omöjligt att studera. Det kommer att berätta mer om hur dessa händelser inträffar, "säger Longqing Yi, forskare vid institutionen för fysik på Chalmers.
Forskningen handlar om så kallad 'magnetisk återanslutning'-processen som ger upphov till dessa fenomen. Magnetisk återanslutning orsakar plötslig omvandling av energi lagrad i magnetfältet till värme och kinetisk energi. Detta händer när två plasma med anti-parallella magnetfält skjuts ihop, och magnetfältlinjerna konvergerar och återansluter. Denna interaktion leder till våldsamt accelererade plasmapartiklar som ibland kan ses med blotta ögat - till exempel under norrskenet.
Magnetisk återanslutning i rymden kan också påverka oss på jorden. Skapandet av solfacklor kan störa kommunikationssatelliter, och därmed påverka elnät, flygtrafik och telefoni.
För att imitera och studera dessa spektakulära rymdplasmafenomen i laboratoriet, du behöver en laser med hög effekt, att skapa magnetiska fält runt en miljon gånger starkare än de som finns på solens yta. I den nya vetenskapliga artikeln, Longqing Yi, tillsammans med professor Tünde Fülöp från institutionen för fysik, föreslog ett experiment där magnetisk återanslutning kan studeras i en ny, mer exakt sätt. Genom användning av betesförekomst av ultrakorte laserpulser, effekten kan uppnås utan överhettning av plasma. Processen kan således studeras mycket rent, utan att lasern direkt påverkar plasmans inre energi.
Bilden visar experimentuppsättningen. Lasern (den röda triangeln till höger) träffar mikroskalfilmen (den grå plattan), som delar strålen som en kniv. Elektroner accelererar på båda sidor av "kniven" och producerar starka strömmar, tillsammans med extremt stark, anti-parallella magnetfält. Magnetisk återkoppling sker bortom slutet av filmen (den blå ramen). Magnetfältet illustreras med svarta pilar. De boomerangliknande strukturerna illustrerar elektronerna i de olika stadierna av simuleringen. Regnbågens färger representerar elektronernas tvärgående moment. Kredit:Longqing Yi
Det föreslagna experimentet skulle därför göra det möjligt för oss att söka svar på några av de mest grundläggande frågorna inom astrofysik.
"Vi hoppas att detta kan inspirera många forskargrupper att använda våra resultat. Detta är ett utmärkt tillfälle att leta efter kunskap som kan vara användbar på ett antal områden. Till exempel, vi måste bättre förstå solblossar, som kan störa viktiga kommunikationssystem. Vi måste också kunna kontrollera instabiliteten som orsakas av magnetisk återanslutning i fusionsenheter, "säger Tünde Fülöp.
Studien som ligger till grund för de nya resultaten finansierades av stiftelsen Knut och Alice Wallenberg, genom ramen för projektet 'Plasmabaserade kompaktjonkällor', och ERC-projektet 'Skena och skina' (Running away and radiating).
