Un piccolo sole in un barattolo sta facendo luce sui brillamenti solari

Skibba di Ram

Seth Putterman iniziò a studiare il comportamento del plasma per ragioni di sicurezza nazionale. Missili ipersonici estremamente veloci riscaldano e ionizzano l'aria circostante e formano una nuvola di particelle cariche chiamata plasma, che assorbe le onde radio e rende difficile per gli operatori a terra comunicare con i missili: un problema che Putterman stava cercando di risolvere. Poi gli venne in mente: la stessa fisica del plasma si applica al nostro sole.

Lo scienziato dell'UCLA e i suoi colleghi hanno ora creato quello che Putterman chiama "il nostro sole in un barattolo", una sfera di vetro da 1,2 pollici riempita di plasma, che hanno utilizzato per modellare processi come quelli che creano i brillamenti solari. Si tratta di esplosioni esplosive di energia a volte accompagnate dal rilascio di una massa di plasma ad alta velocità che potrebbe devastare i satelliti in orbita e le reti elettriche a terra. "I passi che stiamo facendo influenzeranno la modellizzazione in modo che possa esserci un avvertimento e una determinazione dei precursori del clima spaziale", afferma Putterman, l'autore senior di uno studio su Physical Review Letters che descrive i loro esperimenti.

Il sole è fondamentalmente un inferno vorticoso di plasma costituito da particelle di gas rotanti e caricate elettricamente, per lo più elettroni e atomi di idrogeno privati ​​dei loro elettroni. (Il plasma stellare è leggermente diverso dal plasma a bassa densità utilizzato nei reattori a fusione tokamak.) I ricercatori hanno cercato a lungo di comprendere meglio i brillamenti solari, soprattutto nel caso in cui un pezzo di plasma particolarmente grande venga lanciato verso la Terra.

Gli esperimenti del team sono iniziati inserendo del gas di zolfo parzialmente ionizzato all'interno di un bulbo di vetro, quindi bombardandolo con microonde a bassa frequenza, simili a quelle utilizzate in un forno a microonde, per eccitare il gas, riscaldandolo fino a circa 5.000 gradi Fahrenheit. Hanno scoperto che una pulsazione delle microonde a 30 kHz crea un’onda sonora che esercita una pressione che provoca la contrazione del gas caldo. Questa pressione delle onde sonore crea una sorta di "gravità acustica" e fa muovere il fluido come se fosse all'interno del campo gravitazionale sferico del sole. (Il campo gravitazionale dell'esperimento è circa 1.000 volte più forte di quello terrestre.) Ciò genera la convezione del plasma, un processo in cui il fluido caldo sale e il fluido più freddo e denso affonda nel nucleo della sfera di vetro. In questo modo, il team è diventato il primo sulla Terra a creare qualcosa di simile alla convezione sferica che normalmente si trova all'interno di una stella.

Il loro progetto è stato inizialmente finanziato dalla DARPA, il braccio di ricerca avanzata del Pentagono, a causa delle sue applicazioni per i veicoli ipersonici. Successivamente ha ottenuto il sostegno dell’Air Force Research Laboratory, poiché la meteorologia spaziale può interferire con aerei e veicoli spaziali. Ma gli astronomi pensano che possa anche dirci qualcosa di fondamentale sul comportamento del sole. "Penso che il vero significato sia iniziare a simulare la convezione solare in laboratorio e quindi ottenere informazioni dettagliate sul misterioso ciclo solare del sole", afferma Tom Berger, direttore esecutivo dello Space Weather Technology, Research, and Education Center dell'Università. del Colorado a Boulder, che non fu coinvolto nello studio. Berger si riferisce a un ciclo di circa 11 anni in cui la zona di convezione interna del sole diventa in qualche modo più attiva, portando lo strato esterno, o corona, a generare bagliori ed esplosioni di plasma più frequenti e intensi, chiamati espulsioni di massa coronale. È difficile sondare le regioni interne del sole, dice Berger, anche se la NASA sta tentando di farlo con un veicolo spaziale chiamato Solar Dynamics Observatory, che utilizza le onde sonore per mappare la superficie del sole e fare deduzioni sul plasma sottostante.

Anche altri nel campo lodano la ricerca di Putterman e dei suoi colleghi, ma notano che ha dei limiti. "È uno sviluppo entusiasmante e innovativo. È fatto in modo intelligente. È sempre stata una sfida simulare la dinamica interna di una stella in un laboratorio", afferma Mark Miesch, ricercatore presso il NOAA Space Weather Prediction Center e l'Università del Colorado.