Космический магнетизм может содержать в себе тайну термоядерной энергии

«Процессы перезамыкания в магнитном поле Земли и термоядерных устройствах полностью схожи по своей природе», – сказал Джеймс Дрейк (James Drake), физик из Университета Мэриленда.

Магнитные поля, как известно, направляют потоки плазмы, четвёртого состояния вещества, состоящего из ионов и электронов. Частицы плазмы сходно потокам автомобилей по шоссе следуют по путям силовых линий магнитного поля

Магнитное перезамыкание способно высвобождать энергию, когда силовые линии двух магнитных полей направляются друг к другу и смыкаются, создавая новые линии. Происходит эффект, который можно сравнить с землетрясением, перестраивающим параллельные автомагистрали на перпендикулярные и пускающим поток машин по новообразованным трассам. Несмотря на то, что некоторая часть плазмы движется по прямой линии – супер-альвеновскому электронному пучку – остальные её частицы вылетают как из открывающейся воронки.   

Данное явление не только привлекает внимание астрофизиков, но и делает тщетным все попытки получить термоядерную энергию на Земле. Экспериментальные термоядерные реакторы заставляют частицы атома соединяться и высвобождать плазменную энергию. Сама плазма содержится внутри «магнитной бутылки» или «клетке» из силовых линий магнитного поля, поэтому высокие плазменные температуры способны поддерживать реакцию соединения.

Тем не менее магнитное перезамыкание может разрушить «магнитную бутылку» и позволить плазме достичь более холодных стенок реактора, где процесс соединения не сможет поддерживаться самостоятельно.

Дрейк заинтересовался этой проблемой, когда посмотрел на ранние исследования данного явления и понял, что большинство сегодняшних теорий магнитного перезамыкания не имеют под собой никаких оснований.

«Наконец становятся понятными те сведения о магнитном перезамыкании в космическом пространстве, которые у нас уже имеются»,  – заявил Джеймс Дрейк.  

Во время академического отпуска в Университете Беркли, штат Калифорния, ему случилось работать в одном учреждении с Тай Фаном (Tai Phan), учёным, специализирующимся на наблюдательной астрофизике. Тай Фан тогда рассматривал данные магнитных полей, полученных от спутников программы «Кластер» Европейского космического агентства.   

«Я работал над созданием теории, а Тай в тот момент занимался данными с европейских спутников, и неожиданно мы увидели это соответствие,  – восхищается Дрейк.  – Это произошло совершенно случайно».

Четыре спутника охватили зону турбулентной плазмы сразу за магнитосферой Земли в январе 2003 года, когда они оказались в области, где наблюдалось явление магнитного перезамыкания. Учёные думали, что подобные области, известные как зоны диффузии электронов, были чуть больше 9,5 км в длину, поэтому летальные аппараты, скорее всего, пропустят их в безбрежном пространстве космоса.

Однако повторное рассмотрение данных со спутников показало, что длина зоны диффузии электронов 2,984 км. на самом деле больше в 300 раз, чем ранее предполагалось, и в 4 раза длиннее того, что показало компьютерное моделирование.

Несмотря на всё, природа магнитного перезамыкания всё ещё остаётся тайной. Возможности программы «Кластер» дают неплохой шанс собрать ещё больше информации об этом явлении во время будущих миссий. Готовящаяся миссия NASA по исследованию магнитосферы задействует 4 спутника для изучения причин освобождения или отделения частиц плазмы от силовых линий магнитного поля, по которым движутся частицы. По словам Дрейка, явление магнитного перезамыкания лишь одна, но очень существенная часть исследований.   

Подобное высвобождение энергии эквивалентно превращению магнитной энергии в энергию частицы, что обычно происходит в чёрных дырах и при солнечных вспышках. Дрейк надеется когда-нибудь создать компьютерную модель, которая сможет точно описать процесс превращения.

Будем надеяться, учёные найдут, как улучшить термоядерные реакторы благодаря полученным знаниям.