Ученые наконец-то приблизились к разгадке одной из самых давних тайн нашего светила. Совместная миссия двух передовых космических аппаратов — европейского Solar Orbiter и американского Parker Solar Probe — позволила определить источник энергии, который разгоняет и нагревает солнечный ветер. Этот вопрос оставался без ответа на протяжении десятилетий.
Солнечный ветер, представляющий собой непрерывный поток заряженных частиц из солнечной короны, был открыт в середине XX века. Особый интерес всегда вызывала его «быстрая» составляющая, движущаяся с колоссальной скоростью около 1,8 миллиона километров в час. Главной загадкой было то, как этот поток не только ускоряется, но и поддерживает высокую температуру, расширяясь в холодном межпланетном пространстве.
Исследование, проведенное Йейми Риверой и Сэмюэлем Бэдманом из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, предоставило убедительные доказательства. Оказалось, что необходимую энергию переносят особые магнитные волны, известные как альфвеновские волны.
Что такое альфвеновские волны и почему они важны?
Альфвеновские волны — это уникальный тип колебаний, которые могут возникать только в плазме, то есть в горячем ионизированном газе, из которого состоит солнечная атмосфера. В отличие от обычных звуковых волн в земном воздухе, эти волны рождаются в результате сложного взаимодействия заряженных частиц и магнитных полей.
Ключевая особенность альфвеновских волн — их способность перемещаться вдоль силовых линий магнитного поля, эффективно передавая энергию на огромные расстояния. В плазме энергия запасается не только в тепловом движении частиц, но и в самом магнитном поле. Именно поэтому альфвеновские волны играют столь важную роль в процессах переноса энергии в солнечной короне и за ее пределами. Современные приборы на борту Solar Orbiter и Parker Solar Probe впервые позволили напрямую измерить эти волны и их влияние.
Обратите внимание: NASA инвестирует в футуристический телескоп, который будет строить сам себя в космосе.
Как зонды раскрыли тайну ускорения?
Прорыв стал возможен благодаря уникальной координации двух миссий. В феврале 2022 года аппараты выстроились таким образом, что смогли измерить один и тот же поток солнечного ветра на разных расстояниях от Солнца. Parker Solar Probe, находясь на рекордно близком расстоянии в 9 миллионах километров, провел замеры первым. Через несколько дней тот же поток достиг Solar Orbiter, который находился уже в 89 миллионах километров от звезды. Это дало ученым беспрецедентную возможность сравнить, как меняется состояние солнечного ветра по мере его удаления от источника.
Анализ данных показал поразительную динамику. Вблизи Солнца, где работал Parker, около 10% общей энергии ветра было запасено в его магнитном поле. Однако на расстоянии, где находился Solar Orbiter, эта доля упала до 1%. При этом плазма не остывала так быстро, как предсказывали модели, и продолжала ускоряться. Единственным логичным объяснением стало то, что «исчезнувшая» магнитная энергия не пропала бесследно, а была преобразована в кинетическую энергию частиц и их тепловое движение, подпитывая ускорение и нагрев ветра.
Особую роль в этом процессе играют так называемые магнитные «коммутаторы» — крупномасштабные изгибы силовых линий магнитного поля Солнца. Эти структуры являются мощными источниками альфвеновских волн, которые и несут достаточную энергию для объяснения наблюдаемого ускорения быстрого солнечного ветра.
Значение открытия для науки
Это открытие имеет значение, выходящее далеко за рамки изучения нашего Солнца. Наша звезда — единственная, чей ветер мы можем исследовать напрямую. Полученные данные позволяют предположить, что аналогичные механизмы, основанные на магнитных волнах, могут работать и в атмосферах других звезд, особенно похожих на Солнце. Таким образом, мы получаем ключ к пониманию звездных ветров во всей Вселенной.
В ближайших планах ученых — применить разработанную методику для изучения более медленных компонентов солнечного ветра, чтобы выяснить, управляются ли они теми же физическими законами. Ожидается, что дальнейшие исследования значительно углубят наше понимание солнечной активности и ее влияния на космическую погоду, что критически важно для защиты спутников, астронавтов и земной инфраструктуры.
Исследование было опубликовано в авторитетном научном журнале.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.