Laserové plazma v laboratoři naznačuje, jak nestability ohřívají korónu Slunce

Slunce skrývá už desítky let záhadu, která se týká jeho vlastní atmosféry. Viditelný povrch naší hvězdy totiž vyzařuje teplo při teplotě přibližně 5 800 kelvinů. Čím dále se ale od povrchu vzdalujeme, tím paradoxněji se situace vyvíjí. Ve sluneční koróně, tedy tenké vnější vrstvě sluneční atmosféry, mohou elektrony dosahovat teplot řádově milionů stupňů. Zdánlivě by se dalo čekat pravý opak: že bude s rostoucí vzdáleností od zdroje energie teplota klesat, jako když se odsunujeme od ohně.

Astronomové dosud plně nevysvětlili, proč koróna dosahuje tak vysokých teplot. Problém je znám dlouho a patří k nejdiskutovanějším otázkám fyziky Slunce. Jde o rozpor, který nelze jednoduše odbýt: energie musí do koróny odněkud přitékat a nějakým mechanismem se musí přeměňovat v teplo. Jak přesně k tomu dochází, ale zůstává předmětem výzkumu.

Jedno z možných vodítek nabízí nový článek, který se zabývá tím, jak by koróny mohly ohřívat nestability. Ve fyzice plazmatu se tímto slovem označují situace, kdy se původně klidný či rovnovážný stav plazmatu naruší a v systému se začnou samovolně rozvíjet vlny a turbulentní pohyby. Takové procesy dokážou přenášet energii mezi různými složkami plazmatu a mohou ji nakonec předat částicím, především elektronům, čímž je zahřejí.

Zajímavé je, jakým způsobem autoři svou myšlenku ověřují. Nemusejí totiž cestovat ke Slunci ani se spoléhat výhradně na pozorování z družic. Ukazují danou věc na plazmatu vytvořeném laserem, tedy v pozemské laboratoři. Intenzivní laserový impuls dokáže vytvořit horké plazma, které se v mnoha ohledech chová podobně jako plazma ve hvězdných atmosférách. Laboratorní experiment má oproti pozorování Slunce zásadní výhodu: podmínky lze řídit, opakovat a zkoumat do detailu, což u vzdáleného objektu možné není.

Studium plazmatu v laboratoři tak může pomoci objasnit procesy, které se odehrávají na Slunci. Přístup založený na laserových experimentech se uplatňuje v takzvané laboratorní astrofyzice, oboru, který se snaží reprodukovat vybrané kosmické jevy v zmenšeném měřítku. Nejde o dokonalou kopii, protože rozměry i doba trvání se u laboratorního plazmatu a u sluneční koróny nesrovnatelně liší. Podstatné je však to, že lze zachytit zásadní fyzikální pochody, které za ohřevem stojí, a zjistit, zda se nestability skutečně dokážou podílet na předávání energie elektronům.

Je třeba zdůraznit, že z dostupných informací nevyplývá, že by otázka byla definitivně uzavřena. Teorií o ohřevu koróny existuje více a nestability představují jednu z možných cest, jak mechanismus vysvětlit. Práce ukazuje, že tento scénář je fyzikálně věrohodný a že jej lze zkoumat experimentálně, nikoli že by byl jediným správným řešením. Konečná odpověď si tak ještě vyžádá další pozorování i další měření.

Přesto má každý krok tímto směrem význam. Sluneční koróna ovlivňuje takzvané kosmické počasí, tedy proudy nabitých částic, které směřují od Slunce do okolního prostoru. Lepší porozumění tomu, odkud se v koróně bere energie, proto zajímá nejen teoretiky, ale i ty, kdo se zabývají dopady sluneční aktivity na Zemi a na družice. Pochopit, proč je vnější atmosféra Slunce mnohonásobně žhavější než jeho povrch, by navíc mohlo napovědět i o koronách jiných hvězd, jejichž vlastnosti zkoumáme jen nepřímo.

Spojení laserových experimentů a teoretických modelů nestabilit tak ukazuje, jak se starý astronomický problém dá uchopit novými prostředky. Místo čekání na vhodné podmínky na obloze mohou vědci vytvořit zmenšený model sluneční atmosféry přímo ve své laboratoři a sledovat, zda se v něm skutečně rozvíjejí procesy, které by mohly vysvětlit milionové teploty koróny. Záhada ohřevu koróny tedy zatím trvá, ale cesty k jejímu rozluštění přibývají.