12. Šroubovice
Útvary podobné šroubovici nalezneme nejenom v přírodě, ale i v mnoha lidských výrobcích, které považujeme za běžné a moc se nad nimi nezamýšlíme. Vždyť kdo si při otevírání láhve vína uvědomí, že vývrtka v jeho ruce kopíruje jednu z nejběžnějších křivek v přírodě? Nábytek je pospojován vruty nebo šroubky, při podpisu převzetí čehokoli použijete propisovačku, ve které se ukrývá pérko ve tvaru šroubovice, otvor do zdi vyvrtáte vrtačkou s vrtákem, jehož tvar opět kopíruje šroubovici. Při jízdě parníkem se používá lodní šroub, v rodinném domku naleznete točité schodiště a nepochybně bychom našli i další příklady šroubovic v našem přetechnizovaném světě. I v přírodě je šroubovice hojně se vyskytující křivkou. Kopírují ji vlákna DNA nesoucí genetickou informaci, řepný cukr stáčí rovinu světla tak, že koncový vektor elektrického pole opisuje šroubovici, a v plazmatu jsou šroubovice také velmi častými útvary. A tak se dnes vydejme do světa zkroucených vlákének, která nalezneme jak v laboratorním, tak ve vesmírném plazmatu.
Magnetické pole popisujeme za pomoci myšlených čar, kterým říkáme silokřivky, siločáry nebo magnetické indukční čáry. Do jejich směru se zorientuje magnetka na kompasu nebo železné piliny nasypané v blízkosti magnetu.
Magnetické pole působí na nabité částice zcela jinak než gravitace nebo elektrické pole. Nutí nabité částice k pohybu po šroubovicích ovíjejících se kolem siločar. Při svém pohybu částice září, což nám někdy umožní siločáry opravdu spatřit. Například sonda Trace dokáže zviditelnit siločáry magnetického pole Slunce za pomoci ultrafialového záření nabitých částic, které se kolem siločar pohybují.
Nabité částice vytvářejí v plazmatu magnetické pole. Jejich šroubovicový pohyb se do vznikajícího pole nepochybně promítne. Magnetické pole má proto v plazmatu velmi často tvar šroubovic a jeho siločáry jsou stočené do charakteristických provazců připomínajících spletené lano. Takové struktury se v plazmatu vytvářejí po určité době zcela samovolně. Někdy se dokonce objevují vázané dvojice propletených vláken, kterými protéká shodným směrem elektrický proud.
Prvním příkladem může být planetární mlhovina Prasklá osmička neboli Jižní prstencová mlhovina. Nachází se na jižní obloze v souhvězdí Plachet ve vzdálenosti 2 000 světelných roků. Napříč mlhovinou se táhne dvojité zkroucené vlákno chladného plynu, které má šířku 6/1000 světelného roku a délku 3/10 světelného roku. Celkový proud tekoucí vlákny se odhaduje na 4 000 miliard ampérů.
Velmi známou je také dvojšroubovice v těsném sousedství jádra naší Galaxie, kterou objevil v roce 2006 Spitzerův vesmírný dalekohled. Útvaru se říká mlhovina Dvojitá šroubovice neboli Double Helix. Pozorované dvojvlákno je dlouhé 80 světelných roků a nachází se pouhých 300 světelných roků od obří černé díry ležící ve středu naší Galaxie. Od Země je útvar vzdálený přibližně 25 000 světelných roků a nachází se v souhvězdí Střelce. V mlhovině bylo detekováno tisíckrát silnější magnetické pole než na periferii Galaxie. Jeho přítomnost podporuje správnost hypotézy o magnetickém původu této zajímavé struktury.
Plazma stočené do šroubovic nalezneme také na našem Slunci, jak v blízkosti povrchu, tak v jeho nitru. Šroubovicové struktury v hloubce 200 000 kilometrů pod povrchem Slunce hrají klíčovou roli při vzniku jeho magnetického pole.
Plazmová vlákna stočená do šroubovic byla nalezena také v ohonech komet. Zkrátka kdekoli teče elektrický proud podél magnetických siločar, dojde časem k jejich zkroucení do tvaru šroubovice. Proudy tekoucí podél siločar se nazývají Birkelandovy proudy na počest norského fyzika a vynálezce Kristiana Birkelanda, který předpověděl jejich existenci v zemské ionosféře už v roce 1908. V roce 1966 byla tato předpověď experimentálně potvrzena navigačním satelitem 1963-38C. Birkelandovy proudy tekoucí podél siločar na plazma nepůsobí žádnou silou a magnetická energie takové konfigurace je minimální. Proto se do ní plazma snaží stůj co stůj dostat. Pokud má tedy dostatek času.
Z uvedených příkladů by se mohlo zdát, že struktury ve tvaru šroubovic jsou doménou vesmírného plazmatu. To samozřejmě není pravda, obdobné útvary pozorujeme i v laboratorním plazmatu, ale mnohem obtížněji se fotografují, neboť jejich doba života se mnohdy měří jen na mikrosekundy. Přesto byla proudová vlákna stočená do charakteristických šroubovic v některých laboratořích vyfotografována. V mnoha zařízeních se dokonce z důvodu stability pole ve tvaru šroubovic záměrně vytvářejí. Jde například o tokamaky, kde pole šroubovicového tvaru zamezuje úniku částic a některým nestabilitám plazmatu. Šroubovice je tedy jednou z nejdůležitějších křivek v laboratorním i vesmírném plazmatu.