В кастрюле с кипящим супом лёгкие крупинки жира всплывают наверх, а тяжёлые кусочки овощей оседают на дно. Аналогичная картина — гравитационное расслоение — наблюдается в разреженном горячем газе вокруг Солнца и других звёзд, но вместо бульона там смесь заряженных частиц: электронов, протонов и альфа-частиц (ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов).
Гравитация тянет все частицы вниз, однако лёгкие электроны сопротивляются этому притяжению сильнее, чем тяжёлые протоны. Возникает слабое электрическое поле, которое расталкивает частицы по высоте. Учёные вывели уравнения, описывающие это поле, и проверили их с помощью компьютерного моделирования. Оказалось, что поле зависит от концентрации альфа-частиц — ядер гелия, которые тяжелее протонов.
Когда газ нагревается неравномерно — например, у основания атмосферы горячее, чем наверху, — картина усложняется. Частицы разной массы по-разному реагируют на перепады температуры, и в электрическом поле появляется дополнительная «тепловая» составляющая. Она может менять направление поля на разных высотах.
Это похоже на многоэтажный дом, где на каждом этаже своя температура и свой состав жильцов. Внизу, у горячей «печки», больше тяжёлых частиц, а наверху, где прохладнее, скапливаются лёгкие. Такое расслоение меняет свойства всей атмосферы — например, как она проводит тепло и как из неё улетает солнечный ветер.
В солнечной короне температура растёт с высотой: у поверхности около 6000 градусов, а на расстоянии в несколько тысяч километров — уже миллионы градусов. Этот парадокс до сих пор объясняют по-разному, и электрическое поле, которое расслаивает частицы, — один из ключей.
В романе Артура Кларка «Солнечная буря» герои летят сквозь солнечную корону, где плазма ведёт себя как описанная в статье — с расслоением частиц и сложными электрическими полями.