Badanie plazmy słonecznej
Irlandzcy i francuscy astronomowie przedstawili nowatorski opis tego, jak materia zachowuje się w warunkach atmosfery Słońca. Ich odkrycia przyczynią się do lepszego zrozumienia czym jest plazma, a pośrednio mogą mieć znaczenie w projektowaniu nowych źródeł energii.
Celem badania grupy naukowców z Trinity College Dublin i Dublin Institute of Advanced Studies (DIAS) jest zbadanie i lepsze zrozumienie plazmy, czyli tak zwanego „czwartego stanu skupienia”, który jest co prawda charakterystyczny dla większości materii we Wszechświecie, ale dla nas jest mało znany, ponieważ typowy jest przede wszystkim dla gwiazd i praktycznie nie występuje na Ziemi.
Badacze skorzystali z danych dostępnych dzięki potężnym radioteleskopom i kamerom czułym na fale ultrafioletowe, znajdującym się na satelicie Solar Dynamics Observatory, którą NASA wystrzeliło w stronę Słońca w 2010 roku w ramach programu „Żyjąc z gwiazdą” (ang. Living with a star). Wyniki, które otrzymali, opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications”, mogą się okazać kluczowe dla rozwoju bezpiecznej, czystej i bardzo wydanej energetyki jądrowej.
Trzy dobrze nam znane stany skupienia – stały, płynny i gazowy – to dzień powszedni naszej rodzimej planety. To, co nam wydaje się oczywiste i wszechogarniające, w perspektywie kosmicznej jest raczej… lokalne. Zasadnicza część materii Wszechświata, ponad 99 procent obserwowalnej rzeczywistości, skupiona jest w postaci plazmy – głęboko niestabilnej, naładowanej elektrycznie substancji, która tworzy gwiazdy.
Ponieważ nie możemy jej spotkać w naturalnych warunkach, niewiele w gruncie rzeczy wiemy o plazmie. W laboratoriach naukowcy próbują odtworzyć warunki typowe dla plazy, a dla nas ekstremalne, nie jest to jednak zadanie łatwe. Tymczasem najlepsze, całkowicie naturalne laboratorium, umożliwiające badanie jak zachowuje się plazma, to Słońce. To, co jest zbyt intensywne na warunki, które możemy wytworzyć w naszych laboratoriach, na Słońcu odbywa się samoczynnie.
– Atmosfera Słońca jest kłębowiskiem ekstremalnych aktywności, takich jak plazma o temperaturze przekraczającej milion stopni Celsjusza i cząsteczki przemieszczające się z prędkością bliską prędkości światła – opowiada dr Eoin Carley z Trinity College Dublin i Dublin Institute of Advanced Studies (DIAS), szef międzynarodowego zespołu badaczy. – Cząsteczki rozpędzające się do prędkości światła są bardzo dobrze widoczne dla radiowych częstotliwości i dlatego za pomocą potężnych radioteleskopów możemy precyzyjnie śledzić zachowanie plazmy.
– Ściśle współpracujemy z naukowcami z Paryskiego Obserwatorium i dzięki nim możemy badać Słońce za pośrednictwem radioteleskopu w Nançay. To, co udało się zaobserwować, zestawiliśmy z danymi z ultrafioletowych kamer, umieszczonych na Solar Dynamics Observatory, statku-satelicie NASA. Dzięki temu udało się dowieść, że Słońce może emitować światło radiowe, które pulsuje niczym latarnia morska. Wiedzieliśmy o tego typu aktywności już od dawna, ale dopiero teraz, dzięki połączeniu danych z ziemskich i kosmicznych urządzeń, możemy precyzyjnie zobaczyć, jak plazma staje się niestabilna w atmosferze słonecznej.
Badanie zachowania plazmy słonecznej przynosi istotny punkt odniesienia dla rozwijającej się technologii magnetycznych reaktorów termojądrowych. Te ostatnie są jedną z wielkich nadziei energetyki, ponieważ energia wytwarzana w nich może być tańsza, czystsza i bardziej efektywna, niż ta produkowana z konwencjonalnych reaktorach jądrowych. W tych ostatnich następuje rozszczepienie atomu, co jest procesem niebezpiecznym i generującym radioaktywne odpady. Zupełnie inaczej w przypadku fizyki termojądrowej, w której dochodzi do fuzji, czyli połączenia się dwóch jąder atomowych, a jedyny produkt uboczny to obojętny hel.
– Jedyny problem jest taki, że plazma w fuzji jądrowej jest szczególnie niestabilna. Kiedy tylko plazma zaczyna produkować energię, jakiś niezrozumiały dla nas, ale najpewniej zupełnie naturalny proces zatrzymuje reakcję. Jest to prawdopodobnie rodzaj bezpiecznika, którego nie chcemy wyeliminować – reaktory termojądrowe nie mogą wytwarzać niekontrolowanych reakcji. Musimy nauczyć się, jak kontrolować stabilność plazmy na Ziemi i mamy nadzieję, że pomoże nam w tym obserwacja tego, jak plazma staje się niestabilna na Słońcu.
Opracowano na podstawie artykułu Scientists uncover exotic matter in the sun's atmosphere opublikowanego na portal Phys.org.
