В раскалённой плазме — газе из заряженных частиц — хаотичные электрические поля работают как своеобразное сито. Медленная частица окружает себя облаком частиц противоположного заряда — поляризационной «шубой», которая экранирует внешнее поле и не даёт ему воздействовать на частицу. Быстрая же частица движется слишком стремительно, чтобы удержать это облако, сбрасывает «броню» и попадает под прямое ускоряющее действие поля.
Физики математически доказали: если спектральная плотность энергии полей убывает с частотой по определённому степенному закону, почти любое начальное состояние системы эволюционирует к универсальному распределению скоростей. В этом распределении вероятность найти частицу со скоростью v убывает пропорционально 1/v⁵ — система стремится к «хвостатому» портрету, энтропийному аттрактору, а не к привычному равновесному распределению Максвелла и Больцмана в форме колокола, где быстрых частиц исчезающе мало. Полученный теоретически хвост в точности совпал с так называемым κ-распределением при κ=1,5 — эмпирической формулой, которую астрофизики долгое время использовали вслепую, не имея строгого обоснования.
Так раскрывается давняя загадка солнечной короны. Видимая поверхность Солнца — фотосфера — нагрета примерно до 5800 K, в то время как корона, внешняя атмосфера звезды, пылает при температурах в миллионы градусов. Механизм скоростной фильтрации даёт объяснение: в кипящей хромосфере — слое между фотосферой и короной — рождаются турбулентные электрические поля, которые действуют как фильтр для ионов. Они избирательно разгоняют только самые быстрые частицы, в основном ядра водорода и гелия, выбрасывая их в корону. Там эти энергичные ионы создают чудовищный жар. Тот же самый механизм скоростной фильтрации ответственен за опасное явление в токамаках — установках для управляемого термоядерного синтеза: электроны в плазме могут внезапно ускоряться до релятивистских энергий, становясь убегающими и угрожая стенкам реактора.
Температура солнечной короны достигает 1–2 миллионов кельвинов, а поверхность — около 5800 K. Чайник, который греет воздух вокруг себя сильнее собственной ручки.
Когда-нибудь спутники смогут «купаться» в солнечной короне, отфильтровывая быстрые частицы для зарядки батарей.