Специалисты Института лазерной физики Сибирского отделения РАН (ИЛФ СО РАН) с коллегами из Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН) провели серию уникальных экспериментов по взаимодействию встречных потоков плазмы, моделирующих ряд процессов в космосе. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе Национального центра физики и математики (НФЦМ), координирующего усилия ряда научных институтов.
"На крупномасштабной плазменной установке КИ-1 ученые ИЛФ СО РАН совместно с коллегами из ИПФ РАН впервые в мире промоделировали и детально исследовали взаимодействие встречных потоков плазмы в экспериментах с расширяющимися облаками высокоэнергетичной лазерной плазмы, помещенными в магнитные поля. Результаты экспериментов продемонстрировали, что исходно широкие плазменные факелы под действием магнитного поля сжимаются и формируют узкие и строго направленные плазменные струи - джеты", - отметили в пресс-службе.
Не просто экзотика
"Эти эксперименты - не просто лабораторная экзотика. Они помогают понять самые грандиозные явления во Вселенной, где рождаются звезды, и гигантские черные дыры выбрасывают струи плазмы на миллионы световых лет. Измерения в лаборатории приближает нас к пониманию того, как формируются и сталкиваются струи плазмы, и почему так далеко распространяются - фундаментальных вопросов, на которые до сих пор нет ответа, не смотря на десятки лет теоретических исследований", - рассказал ТАСС заместитель научного руководителя НЦФМ, академик РАН Дмитрий Бисикало.
Полученные результаты, как отметил ученый, применимы к геофизической плазме и имеют практическое значение для прогнозирования космической погоды - тех самых возмущений в околоземном пространстве, которые выводят из строя спутники, нарушают связь и влияют на работу энергосетей. Моделируя столкновения плазменных струй в лаборатории, ученые учатся предсказывать, как поведет себя магнитное поле Земли при мощных вспышках на Солнце и как это повлияет на спутниковую инфраструктуру.
Как это моделируется
В экспериментах на лазерных установках, в частности, на установке КИ-1, которые проводит исследовательская группа из Новосибирска с коллегами, моделируются, (конечно, в уменьшенном масштабе) космические джеты. Лазер воздействует на мишень, из которой вылетает поток частиц с большими скоростями. По тому, как они взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой, можно, используя соотношения подобия, пытаться исследовать и то, что происходит в космосе в гораздо больших масштабах, рассказал ТАСС руководитель отдела наблюдательной и теоретической астрономии и радиоинтерферометрии Института космических исследований РАН Сергей Моисеенко.
"В астрофизических и геофизических исследованиях мы в основном имеем дело с явлениями, которые нельзя повторить в эксперименте. Например, смоделировать взрыв сверхновой звезды в реальном масштабе человечество не сможет никогда. Однако мы можем проводить численное моделирование, а также пытаться воспроизвести некоторые астрофизические явления в уменьшенном масштабе. Например, в космосе мы наблюдаем такое явление как узконаправленные струи вещества - астрофизические джеты", - отметил ученый.
Когда две плазменные струи сталкиваются, между ними формируется область возмущения с резкими, словно ударные волны, фронтами. При этом возникает резкий фронт сжатия магнитного поля с экстремально высокой концентрацией энергии, а также регистрируются высокочастотные колебания основной компоненты магнитного поля. Эти процессы аналогичны тем, что происходят в ионосферах и магнитосферах планет, рассказал ТАСС научный сотрудник ИЛФ СО РАН Алексей Чибранов.
С точки зрения фундаментальной науки, ученые отметили ряд любопытных для себя явлений - например, разделение легких ионов водорода и более тяжелых ионов углерода. Наблюдения показали, что при разлете джетов в поперечное магнитное поле легкие протоны локализуются в узкой области внутри джета, в то время как ионы углерода распределены гораздо шире. Этот эффект, впервые детально изученный в лабораторных условиях, также помогает понять некоторые космические процессы (например, как перераспределяется вещество в космических плазменных листах - структурных образованиях горячей плазмы, возникающих в магнитосфере Земли).
