Космическая миссия MMS поможет решить проблему токомаков

Новая космическая миссия НАСА поможет изучить на околоземной орбите загадочное явление магнитного пересоединения, которое мешает наладить промышленное производство термоядерной энергии.

Сегодня, 12 марта 2015 г., в космос отправляется миссия, которая поможет изучить природу явления, связанного с выделением колоссальной энергии. Миссия НАСА под названием MMS (Magnetospheric Multiscale) изучит магнитное пересоединение — перезамыкание магнитных линий. Это очень динамичный процесс, в ходе которого линии магнитного поля соединяются, и в результате происходит мощный выброс высокоэнергетических частиц.

Магнитное пересоединение встречается везде, где есть магнитное поле, то есть практически в любой точке Вселенной. На Солнце оно вызывает быстрый нагрев локальных участков атмосферы и выброс высокоэнергетичских частиц. В результате происходит солнечная вспышка, по энергии сравнимая со взрывом множества термоядерных бомб. В ядрах галактик магнитное пересоединение производит взрывы, которые видны с расстояния в миллиарды световых лет. На Земле магнитное пересоединение провоцирует магнитные бури и полярные сияния.

Тем не менее, несмотря на распространенность явления, ученые до сих пор не понимают всех деталей этого процесса. Известно, что магнитные линии перекрещиваются, а затем происходит выброс энергии, сопряженный с разгоном заряженных частиц до скоростей близких к скорости света. Каким образом простое пересечение магнитных линий вызывает столь мощные взрывы? Ответить на этот вопрос поможет миссия MMS.

Миссия состоит из четырех спутников, похожих на огромные шайбы диаметром 4 м и высотой 1 м. В космосе спутники развернут 60-метровые штанги с электромагнитными датчиками. Спутники MMS будут два года работать непосредственно в зоне смыкания силовых линий, поэтому они имеют очень прочную и надежную конструкцию.

Формация из четырех космических аппаратов будет лететь на высоте ниже орбит спутников GPS, благодаря чему позицию MMS в пространстве можно будет определить с точностью до 100 м. Четыре спутника, находящиеся на расстоянии около 10 км друг от друга, смогут сканировать большое пространство, и это крайне важно для физиков.

Изучение магнитного пересоединения представляет интерес не только для фундаментальной науки, — оно имеет и огромное практическое значение. Дело в том, что неудачи с освоением термоядерных источников энергии (токамаков) во многом связаны с магнитным пересоединением, которое нарушает стабильность плазмы в процессе ее горения внутри термоядерного реактора. Решить эту проблему на Земле сложно, ведь области магнитного пересоединения в сердечнике реактора занимают всего несколько сантиметров. Невозможно создать миниатюрные и сверхпрочные датчики, чтобы изучать явление в таких малых масштабах.

Космическая миссия MMS имеет намного большие масштабы. В обширном магнитном пузыре, который окружает нашу планету, магнитное пересоединение происходит в пространстве в десятки километров в поперечнике. Так, спутники смогут увидеть, как сталкиваясь с магнитным полем Земли, солнечная плазма вызывает северные сияния.

Ученые надеются, что миссия MMS поможет раскрыть все тайны магнитного пересоединения и, в конечном итоге, ответить на многие вопросы в области фундаментальной и прикладной физики. Возможно, MMS наконец откроет для человечества эпоху чистой и неисчерпаемой термоядерной энергии.