Специалисты Института лазерной физики Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Института прикладной физики РАН провели серию уникальных экспериментов по взаимодействию встречных потоков плазмы. Работа моделирует ряд процессов, происходящих в космосе, сообщает ТАСС со ссылкой на Национальный центр физики и математики.
«На крупномасштабной плазменной установке КИ-1 учёные ИЛФ СО РАН совместно с коллегами из ИПФ РАН впервые в мире смоделировали и детально исследовали взаимодействие встречных потоков плазмы в экспериментах с расширяющимися облаками высокоэнергетичной лазерной плазмы, помещёнными 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», — сообщили в пресс-службе НЦФМ.
По словам заместителя научного руководителя НЦФМ, академика РАН Дмитрия Бисикало, эти опыты выходят далеко за рамки лабораторной экзотики. «Они помогают понять самые грандиозные явления во Вселенной, где рождаются звёзды и гигантские чёрные дыры выбрасывают струи плазмы на миллионы световых лет. Измерения в лаборатории приближают нас к пониманию того, как формируются и сталкиваются струи плазмы и почему они так далеко распространяются — фундаментальных вопросов, на которые до сих пор нет ответа, несмотря на десятки лет теоретических исследований», — отметил он.
Полученные результаты имеют и вполне практическое значение. Они применимы к геофизической плазме и помогут точнее прогнозировать космическую погоду — возмущения в околоземном пространстве, которые выводят из строя спутники, нарушают связь и влияют на работу энергосетей. Моделируя столкновения плазменных струй в лаборатории, учёные учатся предсказывать, как поведёт себя магнитное поле Земли при мощных вспышках на Солнце.
Суть метода объяснил руководитель отдела Института космических исследований РАН Сергей Моисеенко. Лазер воздействует на мишень, из которой вылетает поток частиц с большими скоростями. По характеру их взаимодействия друг с другом и с окружающей средой, используя соотношения подобия, можно исследовать то, что происходит в космосе в несравнимо больших масштабах. «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 уменьшённом масштабе», — пояснил учёный.
При столкновении двух плазменных струй между ними формируется область возмущения с резкими фронтами, похожими на ударные волны. При этом возникает резкий фронт сжатия магнитного поля с чрезвычайно высокой концентрацией энергии, а также регистрируются высокочастотные колебания его основной составляющей. По словам научного сотрудника ИЛФ СО РАН Алексея Чибранова, эти процессы аналогичны тем, что происходят в ионосферах и магнитосферах планет.
С точки зрения фундаментальной науки учёные зафиксировали ещё одно примечательное явление — разделение лёгких ионов водорода и более тяжёлых ионов углерода. При разлёте джетов в поперечное магнитное поле лёгкие протоны концентрируются в узкой зоне внутри струи, тогда как ионы углерода распределяются значительно шире. Этот эффект впервые детально изучен в лабораторных условиях и помогает лучше понять процессы перераспределения вещества в космических плазменных листах — структурных образованиях горячей плазмы в магнитосфере Земли.
