太陽是一個異類的地方，在那裡，地球上罕見的物質狀態翻騰、纏繞，有時會爆發到太空中。儘管進行了數十年的望遠鏡監測，科學家們仍然缺乏對這些爆發如何以及為何發生的根本理解。在過去的幾十年裡，物理學家們試圖在實驗室的可控環境中重現太陽表面的情況。最近在普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）完成的一項研究正在產生有趣的結果。
在位於新澤西州普林斯頓主校區以北約五公里的地方，等離子體實驗室是一座由乏味的建築組成的綜合體，裡面的裝置看起來像是蒸汽朋克和《星際迷航》技術的混合體。其中一件硬體，磁重聯實驗（MRX），是一個直徑1.5米、長約2米的圓柱形金屬腔室——內部足夠大，可以讓人在裡面爬行。MRX建於1995年，旨在研究一種稱為重聯的過程，即磁力線的碰撞，這是太陽爆發的核心。該裝置使用的技術與PPPL工作中佔據主導地位的各種核聚變實驗類似。
物理學研究生克萊頓·邁爾斯和他的導師、MRX首席研究員正明（Masaaki Yamada）最近為這個腔室配備了一套線圈和銅電極裝置，以模擬所謂的日冕物質拋射（CME）期間的條件。當磁能積聚在太陽表面上方並達到臨界點時，就會發生這些事件，導致太陽向太空噴射等離子體和磁場。“能量儲存發生在很長的時間尺度上，而爆發發生得非常快，”邁爾斯說。“我們最大的問題是觸發因素。到底是什麼決定了它何時斷裂，何時無法容納更多的磁能？”
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研究人員在實驗中放置了載有電流的線圈，以模擬太陽黑子，即太陽上磁場活躍的區域，電流在表面下流動。在這些線圈的頂部，兩個銅電極充當等離子體環的錨點，該等離子體環模擬太陽表面或光球上方的等離子體弧。科學家們透過電極中的微小孔向腔室注入氣體，然後施加電壓將氣體從室溫加熱到 100,000 度的等離子體。一旦太陽模擬器設定完畢，實驗就會逐漸將越來越多的磁能推入等離子體中，高速攝像機觀察能量是否被限制住，或者是否達到臨界點並爆發。
整個過程發生得非常快；科學家們有時一天進行 300 次執行，或稱“射擊”。邁爾斯構建了一個由七個長探針組成的陣列，每個探針沿其長度有 50 個線圈，以測量腔室中數百個位置不斷變化的磁場。
在實驗中，爆發的發生頻率低於預期，研究人員發現，磁力的一個組成部分，稱為張力，它將等離子體束縛在太陽上並阻礙爆發，可能比之前認為的更重要。“克萊頓的資料非常令人興奮，”山田說。“我們正在太陽耀斑中發現一種非常有趣的新現象。”
邁爾斯說，他的結果與現有理論之間的差異可能涉及理論和實驗的失敗。“當然，有一些我們沒有做的事情是太陽正在做的，而識別這些事情非常重要。”一個例子是實驗腔室本身的結構。“太陽沒有的是外牆，”他說。“這對我們來說實際上是一個大問題。”
儘管如此，像普林斯頓專案這樣的實驗室實驗仍然可以令人驚訝地適用於太陽的情況，因為太陽的大小和時間尺度差異很大。“原因是，如果你檢視描述這種現象的基本物理方程，這些方程沒有固有的尺度；即使你把它們放大一百萬倍，它們也能工作，”加州理工學院物理學家保羅·貝蘭說，他執行著一個競爭性的太陽實驗室實驗。而且，由於遠端觀測只能揭示當前太陽上發生的事情的有限資訊，實驗室天體物理實驗提供了獨特的機會。美國海軍研究實驗室（位於華盛頓特區）的天體物理學家維亞切斯拉夫·盧金說，MRX專案“是對太陽上假定正在發生的物理過程進行仔細而系統的研究的一個很好的例子，而這隻有在實驗室環境中才有可能”。
除了闡明我們最近的恆星的複雜物理學之外，諸如此類的實驗還可以提供實際的好處，因為日冕物質拋射可能會對地球造成嚴重破壞。當太陽向我們星球的方向噴射出日冕物質拋射時，等離子體會撞擊地球的磁場，釋放的能量會擾亂衛星通訊，甚至癱瘓地面上的電網。更好地瞭解觸發日冕物質拋射的因素可以改進預測，並在太陽的怒火襲來時提供寶貴的提前預警。