Поверхность Солнца прогревается примерно до 6 тыс. градусов, а его корона (самая внешняя и самая горячая часть атмосферы, которая распространена на миллионы километров в космос) может достигать миллионов градусов. Это противоречие не удавалось объяснить десятилетиями.
При этом именно из короны в космос вырывается солнечный ветер (поток разреженной плазмы), ускоряющийся до сверхзвуковых скоростей. Одна из главных версий гласит, что все дело в турбулентности: хаотические движения и колебания передают энергию от крупных масштабов к мелким, где она превращается в тепло. Но в разреженной плазме Солнца столкновения между частицами крайне редки и механизм «нагрева через турбулентность» до сих пор был плохо изучен.
Ученые из Лондонского университета королевы Марии сообщают, что данные, полученные зондом NASA Parker Solar Probe, впервые позволили увидеть этот процесс вблизи Солнца. Зонд в буквальном смысле пролетел сквозь солнечную атмосферу и зафиксировал ключевые характеристики плазмы, ее колебаний и магнитных полей. Исследование опубликовано в Physical Review X.
Исследователи обнаружили, что турбулентность в солнечном ветре тормозится при определенных условиях. Когда магнитное поле становится сильнее давления в плазме, а волны, идущие в противоположных направлениях, сильно не сбалансированы, энергия перестает «переходить» на меньшие масштабы. Этот эффект называют barrier of helicity — барьером спиральности. Он ограничивает нагрев и изменяет распределение температуры в солнечном ветре.
Это открытие объясняет, почему протоны в солнечном ветре обычно горячее электронов, и почему температура ветра так сильно меняется в зависимости от его источника, сообщается в пресс-релизе университета королевы Марии.
Наблюдения с зонда Parker не просто подтвердили давние теории, но и дали новый инструмент для прогноза солнечной активности и космической погоды.
Открытие имеет значение не только для понимания Солнца. В других звездных системах и галактиках тоже есть разреженные горячие плазмы, в которых столкновения почти не происходят. Но в них тоже наблюдается локальный нагрев. Исследование показало, что барьер спиральности может быть универсальным механизмом: он сдерживает турбулентность, а значит, определяет, как быстро и где нагревается плазма.
Сейчас зонд Parker продолжает приближаться к Солнцу, открывая все новые детали о процессах в его атмосфере. А в будущем подобные данные помогут не только понять поведение звезд, но и лучше защищать спутники и технику от вспышек и выбросов солнечного ветра.
Ранее мы рассказывали об атмосфере Земли — невидимой защите планеты.