Les physiciens appliqués de Caltech ont simulé expérimentalement les champs magnétiques du soleil pour créer une boucle coronale réaliste dans un laboratoire.
Les boucles coronales sont des arcs de plasma qui jaillissent de la surface du soleil le long des lignes de champ magnétique. Parce que le plasma est un gaz ionisé, c'est-à-dire un gaz d'électrons et d'ions à écoulement libre - c'est un excellent conducteur d'électricité. En tant que tel, les boucles de la couronne solaire sont guidées et façonnées par le champ magnétique du soleil.
Le champ magnétique terrestre agit comme un bouclier qui protège les humains des forts rayons X et des particules sous tension émises par les éruptions, mais les satellites de communication orbitent en dehors de ce champ de protection et restent donc vulnérables. En mars 1989, une éruption particulièrement importante a déclenché une explosion de particules chargées qui a temporairement assommé l'un des satellites environnementaux opérationnels géostationnaires de la National Oceanic and Atmospheric Administration qui surveillent la météo de la terre ; causé un problème de capteur sur la navette spatiale Discovery; et les disjoncteurs déclenchés sur le réseau électrique d'Hydro-Québec, qui a causé une panne d'électricité majeure dans la province de Québec, Canada, pendant neuf heures.
"Ce potentiel de ravages - qui ne fait qu'augmenter à mesure que l'humanité dépend des satellites pour les communications, Prévision météo, et le suivi des ressources - il est extrêmement important de comprendre comment ces événements solaires fonctionnent, " dit Paul Bellan, professeur de physique appliquée à la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées.
Bien que des boucles coronales simulées aient déjà été créées en laboratoire, cette dernière tentative a incorporé un champ de cerclage magnétique qui lie la boucle à la surface du soleil. Pensez à un champ de cerclage comme les cerceaux métalliques à l'extérieur d'un tonneau en bois. Alors que les lattes du canon sont continuellement sous pression poussant vers l'extérieur, les cerceaux métalliques reposent perpendiculairement aux lattes et maintiennent le canon ensemble.
La force de ce champ de cerclage diminue avec la distance du soleil. Cela signifie qu'à proximité de la surface solaire, les boucles sont serrées fermement par le champ de cerclage, mais peuvent alors se détacher et exploser si elles s'élèvent à une certaine altitude où le champ de cerclage est plus faible. Ces éruptions sont appelées éruptions solaires et éjections de masse coronale (CME).
Les CME sont des décharges de plasma chaud ressemblant à des cordes qui accélèrent en s'éloignant de la surface du soleil à des vitesses de plus d'un million de miles par heure. Ces éruptions sont capables de libérer une énergie équivalente à 1 milliard de mégatonnes de TNT, ce qui en fait potentiellement les explosions les plus puissantes du système solaire. (Les CME ne doivent pas être confondus avec les éruptions solaires, qui se produisent souvent dans le cadre du même événement. Les éruptions solaires sont des éclats de lumière et d'énergie, tandis que les CME sont des explosions de particules noyées dans un champ magnétique.)
Les boucles et les champs de cerclage simulés fournissent de nouvelles informations sur la manière dont l'énergie est stockée dans la couronne solaire, puis libérée soudainement. Bellan a travaillé avec l'étudiant diplômé de Caltech Bao Ha (MS '10, PhD '16) pour créer le champ de cerclage et la boucle coronale. Les résultats de leurs expériences ont été publiés dans la revue Lettres de recherche géophysique le 17 septembre, 2016.
Bellan et ses collègues travaillent sur des simulations à l'échelle du laboratoire des phénomènes de couronne solaire depuis deux décennies. Dans le laboratoire, l'équipe génère des cordes de plasma dans une chambre à vide de 1,5 mètre de long.
« Étudier les éjections de masse coronale est un défi, puisque les humains ne savent pas comment et quand le soleil fera irruption. Mais les expériences de laboratoire permettent le contrôle des paramètres éruptifs et permettent des explorations systématiques de la dynamique éruptive, " dit Ha, auteur principal de l'article de GRL. "Alors que les expériences avec les mêmes paramètres d'éruption sont facilement reproductibles, la dynamique de la boucle varie en fonction de la configuration du champ magnétique de cerclage."
Simuler un champ de cerclage avec une force qui s'estompe sur la longueur relativement courte de la chambre à vide s'est avéré difficile, dit Bellan. Afin de le faire fonctionner, Ha et Bellan ont dû concevoir des bobines électromagnétiques qui produisent le champ de cerclage à l'intérieur de la chambre elle-même.
Après plus de trois ans de conception, fabrication, et des tests, Bellan et Ha ont réussi à créer un champ de cerclage dont la force atteint son maximum à environ 10 centimètres de l'endroit où se forme la boucle de plasma, puis meurt un peu plus loin dans la chambre à vide.
L'arrangement permet à Bellan et Ha de regarder la boucle de plasma croître lentement en taille, puis atteignez un point critique et tirez jusqu'au fond de la chambre.
Prochain, Bellan prévoit de mesurer le champ magnétique à l'intérieur de la boucle d'éruption et d'étudier également les ondes émises lorsque les plasmas se brisent.
