Solstorm
Solstormar orsakas av magnetisk omkoppling i rymden och kan störa våra kommunikationssatelliter och påverka såväl elnät som flygtrafik och telefoni. Nu har forskare på Chalmers hittat ett nytt sätt att efterlikna och studera dessa spektakulära rymdplasmafenomen i laboratoriemiljö.
Foto: NASA/SDO/AIA/Goddard Space Flight Center

Nu kan solstormarnas hemligheter utforskas på jorden

​Solstormar, kosmisk strålning och norrsken är välkända fenomen. Exakt hur deras enorma energi uppstår är däremot inte lika känt. Nu har fysikforskare på Chalmers hittat ett nytt sätt att studera dessa spektakulära rymdplasmafenomen. Resultaten publicerade nyligen i den ansedda tidskriften Nature Communications.
– Nu kan vi undersöka det som tidigare varit omöjligt. I tio års tid har forskare försökt ta rymdfenomenen till jorden så att vi kan lära oss mer om hur de uppstår. Med vår metod öppnas helt nya möjligheter att göra det, säger Longqing Yi, forskare på institutionen för fysik på Chalmers.

Det hela handlar om så kallad relativistisk magnetisk omkoppling – den process som ger upphov till fenomenen. Omkopplingen gör så att mängder med energi som är bunden i ett magnetiskt fält plötsligt frigörs och omvandlas till rörelseenergi och värme. För att det ska kunna ske krävs att plasmor med motriktade magnetiska fält möts. Denna växelverkan leder till våldsamt accelererade plasmapartiklar som ibland går att se med blotta ögat, till exempel i samband med ett norrsken.

Magnetisk omkoppling i rymden kan också ställa till det för oss på jorden. Genom att skapa solstormar som stör våra kommunikationssatelliter kan fenomenen påverka såväl elnät som flygtrafik och telefoni.

För att kunna efterlikna och studera dessa spektakulära rymdplasmafenomen i ett laboratorium krävs det högeffektlaser som kan skapa magnetfält som är mer än en miljon gånger starkare än de som finns på solens yta. I sin vetenskapliga artikel föreslår Longqing Yi tillsammans med professor Tünde Fülöp ett experiment där den magnetiska omkopplingen ska kunna studeras på ett nytt och mer exakt sätt. Genom att använda ultrakorta laserpulser kan rätt effekt uppnås utan att plasman blir så upphettad. Då kan omkopplingen studeras på ett mer renodlat sätt - utan att påverkas så mycket av plasmans värmeenergi. Det föreslagna experimentet ska göra det möjligt att söka svar på grundläggande frågor inom astrofysiken.

– Vi hoppas att detta ska inspirera många forskargrupper att använda sig av våra resultat. Det finns nu goda möjligheter söka kunskap som kan vara till nytta inom en rad områden. Till exempel behöver vi bättre kunna förstå solstormar, som stör viktiga kommunikationssystem. Kunskapen behövs också för att kunna kontrollera instabiliteter orsakade av magnetisk omkoppling i fusionsanläggningar, säger Tünde Fülöp, professor på institutionen för fysik på Chalmers.

Studien som de nya resultaten bygger på är finansierad av Knut och Alice Wallenberg stiftelse, inom ramen för projektet "Plasmabaserade kompakta jonkällor" och av ERC-projektet "Skena och skina".

Text: Mia Halleröd Palmgren, mia.hallerodpalmgren@chalmers.se
Foto: Peter Widing (Tünde Fülöp) och Mia Halleröd Palmgren (Longqing Yi).


Nytt sätt att studera magnetisk omkoppling. Bilden illustrerar experimentuppställningen, där lasern (röd triangel från höger) faller in mot en mikrometertunn folie (grå platta), som klyver strålen som en kniv. Elektroner accelereras på båda sidorna av "kniven" och producerar starka strömmar med tillhörande extremt starka, och motriktade, magnetfält.  Magnetisk omkoppling sker efter slutet av folien (blå ram) och magnetfältet illustreras med svarta pilar. De bumerangliknande strukturerna illustrerar elektronerna i simuleringens olika tidssteg. Regnbågsfärgerna representerar storleken på elektronernas rörelsemängd.
Illustration: Longqing Yi
 
Läs den vetenskapliga artikeln i Nature Communications:
Relativistic magnetic reconnection driven by a laser interacting with a micro-scale plasma slab
Mer information:
Tünde Fülöp, professor, institutionen för fysik, Chalmers, 072 986 74 40, tunde.fulop@chalmers.se
Longqing Yi, postdoktor, institutionen för fysik, Chalmers, 031 772 68 82, longqing@chalmers.se

Läs pressmeddelandet och ladda ner högupplösta bilder.

Publicerad: on 02 maj 2018. Ändrad: on 02 maj 2018