De zonnewind van de zon beïnvloedt bijna alles in het zonnestelsel. Het kan de functie van de satellieten van de aarde verstoren en de lichten van de aurora's creëren.

Een nieuwe studie door natuurkundigen van de Universiteit van Wisconsin-Madison bootst zonnewinden na in het laboratorium, bevestigen hoe ze zich ontwikkelen en bieden een aardgebonden model voor de toekomstige studie van zonnefysica.

Onze zon is in wezen een grote bal van heet plasma - een energetische toestand van materie die bestaat uit geïoniseerd gas. Terwijl de zon draait, het plasma draait mee, te. Deze plasmabeweging in de kern van de zon produceert een magnetisch veld dat de zonneatmosfeer vult. Op enige afstand van het oppervlak van de zon, bekend als het Alfvén-oppervlak, dit magnetische veld verzwakt en plasma breekt weg van de zon, het creëren van de zonnewind.

"De zonnewind is zeer variabel, maar er zijn in wezen twee soorten:snel en langzaam, " legt Ethan Peterson uit, een afgestudeerde student aan de afdeling natuurkunde van UW-Madison en hoofdauteur van de studie die op 29 juli online is gepubliceerd in Natuurfysica . "Satellietmissies hebben vrij goed gedocumenteerd waar de snelle wind vandaan komt, dus we probeerden specifiek te bestuderen hoe de langzame zonnewind wordt gegenereerd en hoe deze evolueert terwijl deze naar de aarde reist."

Peterson en zijn collega's, waaronder natuurkundeprofessor Cary Forest, hebben misschien geen directe toegang tot de grote plasmabal van de zon, maar ze hebben wel toegang tot het op één na beste ding:de Big Red Ball.

De Big Red Ball is een drie meter brede holle bol, met een sterke magneet in het midden en verschillende sondes erin. De onderzoekers pompen heliumgas in, ioniseren om een ​​plasma te creëren, en breng dan een elektrische stroom aan die, samen met het magnetische veld, roert het plasma, het creëren van een bijna perfecte nabootsing van het draaiende plasma en de elektromagnetische velden van de zon.

Met hun mini-zon op zijn plaats, de onderzoekers kunnen op veel punten in de bal metingen doen, waardoor ze zonnefenomenen in drie dimensies kunnen bestuderen.

Eerst, ze waren in staat om de Parker Spiral te recreëren, een magnetisch veld dat het hele zonnestelsel vult, genoemd naar de wetenschapper die de zonnewind voor het eerst beschreef. Onder het Alfvén-oppervlak, het magnetische veld straalt recht uit de zon. Maar op dat oppervlak zonnewinddynamiek neemt het over, door het magnetische veld in een spiraal te slepen.

"Satellietmetingen komen redelijk overeen met het Parker Spiral-model, maar slechts op één punt tegelijk, dus je zou nooit in staat zijn om een ​​gelijktijdige, een grootschalige kaart ervan zoals we dat in het lab kunnen doen.', zegt Peterson. 'Onze experimentele metingen bevestigen Parkers theorie over hoe het wordt gecreëerd door deze plasmastromen.'

De onderzoekers waren ook in staat om de bron van het plasma van de zon te identificeren "boeren, " klein, periodieke uitstoot van plasma die de langzame zonnewind van brandstof voorziet. Terwijl het plasma ronddraait, ze onderzochten het magnetische veld en de snelheid van het plasma. Hun gegevens brachten een gebied in kaart waar het plasma snel genoeg bewoog en het magnetische veld zwak genoeg was om het plasma af te breken en radiaal uit te stoten.

"Deze uitwerpselen worden waargenomen door satellieten, maar niemand weet wat hen drijft, " zegt Peterson. "Uiteindelijk zagen we zeer vergelijkbare boeren in ons experiment, en identificeerde hoe ze zich ontwikkelen."

De onderzoekers benadrukken dat hun aardgebonden experimenten een aanvulling vormen op, maar vervang mij niet, satelliet missies. Bijvoorbeeld, de Parker zonnesonde, gelanceerd in augustus 2018, zal naar verwachting de Alfvén-oppervlakte bereiken en zelfs onderduiken. Het zal directe metingen van zonnewind opleveren die nog nooit eerder zijn verkregen.

"Ons werk laat zien dat laboratoriumexperimenten ook de fundamentele fysica van deze processen kunnen bereiken, ", zegt Peterson. "En omdat de Big Red Ball nu wordt gefinancierd als een National User Facility, het zegt tegen de wetenschappelijke gemeenschap:als je de fysica van zonnewind wilt bestuderen, dat kan hier."