Вчені з’ясували, як сонячний вітер отримує енергію

Дослідники за допомогою космічних кораблів NASA та ЄКА виявили, як магнітні перемикання поблизу Сонця активізують сонячний вітер, впливаючи на Землю та потенційно впливаючи на придатність екзопланет до життя. Цей прорив допомагає відповісти на давні питання про динаміку сонячного вітру та має ширші наслідки для розуміння зоряних явищ у всій галактиці.

Таємниці сонячного вітру

З 1960-х років астрономи «ламали голову» над тим, як надзвуковий «сонячний вітер» Сонця — потік енергійних частинок, що витікають у Сонячну систему — продовжує отримувати енергію після того, як покине Сонце. Тепер вдале поєднання двох космічних кораблів, одного від NASA, а іншого спільної місії ESA (Європейського космічного агентства)/NASA, могло знайти відповідь. Це відкриття пропонує важливе розуміння, яке може допомогти вченим покращити прогнози сонячної активності, що впливає на простір між Сонцем і Землею.

Відкриття сили магнітних перемикачів

У статті, опублікованій нещодавно в журналі Science, дослідники представляють переконливі докази того, що найшвидші сонячні вітри живляться від магнітних «перемикань», великих перегинів магнітного поля Сонця.

«Наше дослідження стосується величезного відкритого питання про те, як сонячний вітер отримує енергію, і допомагає нам зрозуміти, як Сонце впливає на навколишнє середовище та, зрештою, на Землю», — сказав Єймі Рівера, співкерівник дослідження та докторант Смітсонівського інституту. Астрофізична обсерваторія, частина Центру астрофізики | Гарвард і Смітсонівський університет. «Якщо цей процес відбувається в нашій місцевій зірці, дуже ймовірно, що він живить вітри з інших зірок через галактику Чумацький Шлях і за її межами, і це може мати наслідки для придатності екзопланет для життя».

Значення передачі енергії сонячного вітру

Раніше сонячний зонд NASA Parker Solar Probe виявив, що ці перемикання були звичайними для сонячного вітру. Parker, який став першим кораблем, який увійшов у магнітну атмосферу Сонця у 2021 році, дозволив вченим визначити, що зворотні перемикання стають більш чіткими та потужнішими поблизу Сонця. Однак досі вченим не вистачало експериментальних доказів того, що це цікаве явище насправді накопичує достатньо енергії, щоб бути важливим для сонячного вітру.

«Близько трьох років тому я розповідав про те, наскільки захоплюючими є ці хвилі», — сказав співавтор Майк Стівенс, астрофізик із Центру астрофізики. «Наприкінці професор астрономії встав і сказав: «Це гарно, але чи вони насправді мають значення?»

Вирішальні відкриття подвійного космічного корабля

Щоб відповісти на це питання, команді вчених довелося використовувати два різних космічних корабля. Паркер створений для польоту крізь атмосферу Сонця, або «корону». Місія Solar Orbiter ESA та NASA також знаходиться на орбіті, яка проходить відносно близько до Сонця, і вона вимірює сонячний вітер на великих відстанях.

Відкриття стало можливим завдяки випадковому вирівнюванню в лютому 2022 року, яке дозволило як Parker Solar Probe, так і Solar Orbiter вимірювати той самий потік сонячного вітру з інтервалом у два дні. Solar Orbiter був майже на півдорозі до Сонця, а Parker огинав край магнітної атмосфери Сонця.

«Спочатку ми не усвідомлювали, що Parker і Solar Orbiter взагалі вимірюють одне й те саме. Паркер побачив цю повільнішу плазму біля Сонця, яка була сповнена зворотних хвиль, а потім Solar Orbiter зафіксував швидкий потік, який отримав тепло та з дуже невеликою хвильовою активністю», – сказав Семюель Бадман, астрофізик з Центру астрофізики та інший співавтор керівник дослідження. «Коли ми поєднали ці два, це був справжній момент еврики».

Хвилі Альвена та взаємодія сонячного вітру

Вченим давно відомо, що енергія переміщується через корону Сонця та сонячний вітер, принаймні частково, через так звані «хвилі Альфвена». Ці хвилі переносять енергію через плазму, перегрітий стан речовини, з якого складається сонячний вітер.

Однак неможливо було виміряти, наскільки хвилі Альфвена еволюціонують і взаємодіють із сонячним вітром між Сонцем і Землею, поки ці дві місії не були відправлені одночасно ближче до Сонця, ніж будь-коли раніше. Тепер вчені можуть безпосередньо визначити, скільки енергії зберігається в магнітних коливаннях і коливаннях швидкості цих хвиль поблизу корони, і скільки менше енергії переноситься хвилями далі від Сонця.

Нове дослідження показує, що хвилі Альфвена у формі перемикань забезпечують достатньо енергії, щоб врахувати нагрівання та прискорення, задокументовані у швидшому потоці сонячного вітру, коли він тече від Сонця.

«Знадобилося понад півстоліття, щоб підтвердити, що прискорення та нагрівання альвенівської хвилі є важливими процесами, і вони відбуваються приблизно так, як ми думаємо», — сказав Джон Белчер, почесний професор Массачусетського технологічного інституту, який став одним із відкривачів альфвенівських хвиль. у сонячному вітрі, але не брав участі в цьому дослідженні.

Наслідки нових досліджень сонячного вітру

Окрім того, що ця інформація допомагає вченим краще прогнозувати сонячну активність і космічну погоду, ця інформація допомагає нам зрозуміти таємниці Всесвіту в інших місцях і те, як повсюдно діють сонцеподібні зірки та зоряні вітри.

«Це відкриття є одним із ключових фрагментів головоломки, щоб відповісти на питання 50-річної давнини про те, як сонячний вітер прискорюється та нагрівається у найглибших частинах геліосфери, наближаючи нас до досягнення однієї з головних наукових цілей дослідження. Місія Parker Solar Probe», — сказав Адам Сабо, науковий керівник місії Parker Solar Probe в NASA.