Loading ...Наше солнце создает постоянный поток плазмы или ионизированного газа, называемый солнечным ветром, который окутывает нашу солнечную систему. За пределами защитной магнитосферы Земли самый быстрый солнечный ветер проносится со скоростью более 310 миль (500 километров) в секунду. Но исследователи не могли понять, как ветер получает достаточно энергии для достижения такой скорости — до сих пор.
В августе 2024 года наша группа гелиофизиков опубликовала статью , в которой указывается на новый источник энергии, приводящий в движение солнечный ветер.
Открытие солнечного ветра
Физик Юджин Паркер предсказал существование солнечного ветра в 1958 году . Космический аппарат «Маринер», направлявшийся к Венере, подтвердил его существование в 1962 году.
Начиная с 1940-х годов исследования показали, что солнечная корона, или солнечная атмосфера , может нагреваться до очень высоких температур — более 2 миллионов градусов по Фаренгейту (или более 1 миллиона градусов по Цельсию).
Работа Паркера показала, что такая экстремальная температура может создать внешнее тепловое давление, достаточно сильное, чтобы преодолеть гравитацию и вызвать утечку внешнего слоя атмосферы Солнца.
Однако в науке о солнечном ветре быстро возникли пробелы, поскольку исследователи проводили все более подробные измерения солнечного ветра вблизи Земли. В частности, они обнаружили две проблемы с самой быстрой частью солнечного ветра.
Во-первых, солнечный ветер продолжал нагреваться, покинув горячую корону без объяснения причин. И даже с этим дополнительным теплом самый быстрый ветер все еще не обладал достаточной энергией, чтобы ученые могли объяснить, как он смог разогнаться до таких высоких скоростей.
Оба эти наблюдения означали, что должен существовать какой-то дополнительный источник энергии за пределами моделей Паркера.
Альфвеновские волны
Солнце и его солнечный ветер — это плазма. Плазма похожа на газ , но все частицы в плазме имеют заряд и реагируют на магнитные поля.
Подобно тому, как звуковые волны распространяются по воздуху и переносят энергию на Земле, в плазме движутся так называемые волны Альвена. В течение десятилетий предсказывалось, что волны Альвена влияют на динамику солнечного ветра и играют важную роль в переносе энергии в солнечном ветре.
Однако ученые не могли сказать, взаимодействовали ли эти волны с солнечным ветром напрямую или же они генерировали достаточно энергии для его питания. Чтобы ответить на эти вопросы, им пришлось бы измерить солнечный ветер очень близко к солнцу.
В 2018 и 2020 годах NASA и Европейское космическое агентство запустили свои флагманские миссии: Parker Solar Probe и Solar Orbiter . Обе миссии несли необходимые инструменты для измерения волн Альвена вблизи Солнца.
Solar Orbiter летает между 1 астрономической единицей , где находится Земля, и 0,3 астрономической единицей, немного ближе к Солнцу, чем Меркурий. Parker Solar Probe ныряет гораздо глубже . Он приближается к Солнцу на расстояние пяти солнечных диаметров, в пределах внешних краев короны . Каждый солнечный диаметр составляет около 865 000 миль (1 400 000 километров).
Благодаря совместной работе этих двух миссий исследователи, такие как мы, могут не только изучать солнечный ветер вблизи Солнца, но и изучать, как он меняется между точкой, где его видит Parker, и точкой, где его видит Solar Orbiter.
Магнитные переключатели
Во время первого близкого сближения «Паркера» с Солнцем было обнаружено, что солнечный ветер вблизи Солнца действительно изобиловал альвеновскими волнами .
Ученые использовали Parker для измерения магнитного поля солнечного ветра . В некоторых точках они заметили, что линии поля — или линии магнитной силы — волновались с такими высокими амплитудами, что они на короткое время меняли направление. Ученые назвали эти явления магнитными переключени-ями . С помощью Parker они наблюдали эти содержащие энергию плазменные флуктуации повсюду в околосолнечном солнечном ветре.
Наша исследовательская группа хотела выяснить, содержали ли эти обратные потоки достаточно энергии для ускорения и нагрева солнечного ветра по мере его удаления от Солнца. Мы также хотели изучить, как менялся солнечный ветер по мере того, как эти обратные потоки отдавали свою энергию. Это помогло бы нам определить, шла ли энергия обратных потоков на нагревание ветра, его ускорение или и то, и другое.
Чтобы ответить на эти вопросы, мы определили уникальную конфигурацию космических аппаратов, при которой оба космических аппарата пересекали одну и ту же часть солнечного ветра, но на разных расстояниях от Солнца.
Parker, находясь близко к солнцу, обнаружил, что около 10% энергии солнечного ветра находится в магнитных обратных связях, в то время как Solar Orbiter измерил, что этот показатель составляет менее 1%. Эта разница означает, что между Parker и Solar Orbiter эта волновая энергия была преобразована в другие формы энергии.
Мы провели некоторое моделирование , во многом похожее на то, что делал Юджин Паркер . Мы построили современные реализации оригинальных моделей Паркера и включили влияние наблюдаемой энергии волн в эти оригинальные уравнения.
Сравнивая оба набора данных и модели, мы могли видеть, что эта энергия способствовала как ускорению, так и нагреву. Мы знали, что она способствовала ускорению, поскольку ветер был быстрее в Solar Orbiter, чем в Parker. И мы знали, что она способствовала нагреву, поскольку ветер был горячее в Solar Orbiter, чем если бы волн не было.
Эти измерения показали нам, что энергия обратных потоков необходима и достаточна для объяснения эволюции солнечного ветра по мере его удаления от Солнца.
Наши измерения не только рассказывают ученым о физике солнечного ветра и о том, как Солнце может влиять на Землю, но и могут иметь последствия для всей Вселенной.
У многих других звезд есть звездные ветры , которые переносят их материал в космос. Понимание физики солнечного ветра нашей местной звезды также помогает нам понять звездный ветер в других системах. Изучение звездного ветра может рассказать исследователям больше о пригодности экзопланет для жизни.
Новости партнеров:
Вам могло бы понравиться:
142
