Ingenting verkar mer bekant än solen på himlen. Men mystiska virvlar, jets, och blinkar av kraftfullt ljus som forskare inte kan förklara förekommer i solens yttre atmosfär hela tiden. Nu, forskare vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har fått insikt i dessa förbryllande fenomen.

Använda kraftfulla datorer för att simulera solatmosfären, eller corona, forskarna fann att virvlar och blinkar av röntgenljus, tillsammans känd som en coronal jets, kan orsakas av plasmaklumpar som kommer från solen i kulformar som liknar magnetiska former som kallas sfäromaker. "Denna forskning bekräftar aningarna från PPPL -fysikern Masaaki Yamada, vem som först fick idén, "sa Joshua Latham, första författaren till tidningen som rapporterar resultaten i Plasmas fysik .

Latham avslutade forskningen som en del av sin avhandling för fysikavdelningen medan han var en grundutbildning vid Princeton University. Han är för närvarande doktorand vid avdelningen för kärnteknik och radiologiska vetenskaper vid University of Michigan.

Stora koronala jetstrålar, även om det härstammar 93 miljoner mil bort på solen, kan påverka oss här på jorden. Strålarna kan bidra till utflöden av partiklar som kallas solvinden som kan träffa vår planets yttre atmosfär och störa kommunikationssatelliter och elnät. Mindre jetplan, som studeras vid PPPL, bidrar också till solvinden, och tillsammans med utbrott av röntgenljus kan det hjälpa till att värma korona. Alla insikter om hur jetplanen bildas kan hjälpa forskare att förutsäga deras inträffande och förbereda jorden för deras inverkan.

Simuleringarna indikerar att en kupolformad magnetisk struktur bildas på solens yta före koronala strålar. Sedan, magnetfältlinjer i botten av strukturen lossnar från solytan i en process som kallas magnetisk återanslutning, den sönderfallande och våldsamma återanslutningen av magnetfält som förekommer i hela universum.

Nu börjar kupolen luta. När det gör det, de översta magnetfältlinjerna rör de omgivande linjerna och skapar en ny omgång av återanslutning. Plasma i kupolen ökar sedan hastigheten och frigör den lagrade magnetiska energin. "I huvudsak, dessa resultat visar de fysiska processer som skulle behöva ske för att producera blinkningar av röntgenljus, "Sa Latham.

"Tidigare simuleringar har föreslagit att koronala jetstrålar härrör från återanslutning, men ingen var säker på hur den magnetiska konfigurationen i början av processen skulle se ut, "sa han." Dessa fynd indikerar att en sfäromak kan vara den ursprungliga strukturen, och att den lutar utlöser återanslutningen."

För en forskare som studerar plasma, det fjärde tillståndet består av överhettad gas som leder elektricitet, solen är ett naturligt motiv. "Vi studerar plasma här på PPPL, och stjärnor är gjorda av plasma, " sa PPPL fysiker Elena Belova, som modifierade datorkoden som producerade simuleringen och tillsammans med Yamada övervakade Lathams projekt. "Och om du vill studera plasma och stjärnor, det skulle vara vettigt att studera stjärnan bredvid oss, " Hon sa.

Fysiker har också testat sfäromaker som ett möjligt sätt att utnyttja fusionsenergin som driver solen och stjärnorna på jorden. Fusion kombinerar ljuselement i form av plasma för att generera massiva mängder energi. Forskare försöker replikera fusion för en praktiskt taget outtömlig tillgång på kraft för att generera elektricitet.

Yamada och kollegor kommer nu att använda en PPPL -enhet som kallas Magnetic Reconnection Experiment (MRX) för att testa spheromak -idén i ett laboratorium. Finansiering av det arbetet är ett bidrag från National Aeronautics and Space Administration (NASA).