Солнечный ветер разгадывается: Solar Orbiter поймал высокочастотные волны, ускоряющие частицы
Почему солнечный ветер летит так быстро? Этот вопрос физики задают себе уже несколько десятилетий. Частицы солнечного ветра уходят от Солнца со скоростями в сотни километров в секунду — значительно быстрее, чем можно было бы объяснить только тепловым расширением или стандартными магнитогидродинамическими моделями. Что даёт им это дополнительное «пинок»?
Новое исследование команды профессора Хуэй Тяня из Пекинского университета, опубликованное в журнале National Science Review и описанное на phys.org, указывает на конкретный механизм — впервые наблюдаемый напрямую: высокочастотные поперечные магнитные волны в солнечных корональных дырах, регистрируемые высокоскоростной камерой EUI на борту Solar Orbiter.
Корональные дыры и «быстрый» солнечный ветер
Корональные дыры — регионы на поверхности Солнца, где магнитные поля «открыты»: вместо того чтобы замыкаться петлями, они уходят далеко в межпланетное пространство, образуя магнитные «шоссе». Именно из этих областей происходит быстрый солнечный ветер — поток частиц со скоростями 600–800 км/с. Полярные корональные дыры особенно важны как источники этого потока.
Проблема состоит в том, что никто не мог напрямую наблюдать процессы, которые добавляют энергию частицам вблизи поверхности Солнца. Предполагалось, что виноваты волны, но найти их с нужными параметрами не удавалось — из-за ограничений разрешения существующих инструментов.
Что поймал Solar Orbiter
Solar Orbiter оснащён Экстремальным ультрафиолетовым визуализатором (EUI) с высокоскоростным режимом съёмки, позволяющим регистрировать динамику с беспрецедентным временны́м разрешением. Используя эти данные, команда Тяня впервые зарегистрировала поперечные (трансверсальные) колебания в тонких плюмах — вертикальных плазменных структурах — в полярных корональных дырах.
Обнаруженные волны имели периоды 14 и 30 секунд — область значительно более высоких частот, чем наблюдались ранее. Именно поэтому их и не видели прежде: стандартные инструменты просто не успевали их «поймать».
Критически важны энергетические параметры:
- волна с периодом 14 с несёт энергетический поток 1,9 кВт/м²;
- волна с периодом 30 с — 6,5 кВт/м².
Это значимые величины. Для нагрева солнечной короны и ускорения быстрого солнечного ветра до наблюдаемых скоростей требуется поток порядка 1–10 кВт/м². Обнаруженные волны вписываются в этот диапазон.
Почему это объясняет «лишнюю» скорость солнечного ветра
Механизм, на который указывают исследователи, называется резонансной диссипацией Альвена: поперечные (альвеновские) волны распространяются вдоль магнитных «шоссе» полярных корональных дыр, уходящих в межпланетное пространство. По мере распространения эти волны диссипируют, передавая энергию плазме — нагревая и ускоряя частицы.
Высокочастотные волны особенно важны в этом контексте: они диссипируют быстрее, передавая больше энергии непосредственно вблизи места генерации — у основания корональных дыр.
«Это первое прямое доказательство того, что высокочастотные волны с достаточной энергией присутствуют там, где они нужны», — подчёркивают авторы.
Что дальше
Solar Orbiter всё глубже уходит в исследовательский режим. По мере того как аппарат приближается к орбите с наклонением, позволяющим напрямую наблюдать полярные регионы Солнца, качество данных будет только расти. Параллельно данные от Parker Solar Probe — зонда, уже несколько раз нырнувшего в атмосферу Солнца на рекордно малые расстояния, — позволяют сопоставить волны, зарегистрированные дистанционно, с реальным потоком частиц в межпланетном пространстве.
Читайте также: Solar Orbiter обнаружил сортировку ионов солнечного ветра.
Открытие ставит также новый вопрос: всё ли ускорение солнечного ветра происходит в полярных корональных дырах, или аналогичные механизмы работают и в экваториальных дырах, порождающих медленный солнечный ветер?
