Solar Orbiter и Parker Solar Probe раскрыли виновника ускорения солнечного ветра

Крупномасштабные колебания магнитного поля Солнца — альфвеновские волны — оказались тем самым недостающим звеном, которое объясняет ускорение и нагрев быстрого солнечного ветра. К такому выводу пришла группа астрофизиков, объединив данные двух космических миссий: европейского зонда Solar Orbiter и американского Parker Solar Probe. Ученым впервые удалось экспериментально подтвердить, что магнитная энергия напрямую переходит в кинетическую энергию частиц, выбрасываемых звездой в межпланетное пространство.

Энергетический баланс в короне

Солнечный ветер — постоянный поток ионизированных частиц, покидающих солнечную атмосферу. Его «быстрая» компонента, разгоняющаяся до 1,8 млн км/ч, долгое время оставалась парадоксом: плазма, расширяясь в вакууме, должна была бы быстро остывать, но этого не происходит. Исследователи из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики под руководством Йейми Риверы и Сэмюэля Бэдмана сосредоточились на роли волн Альфвена — особых возмущений, распространяющихся вдоль силовых линий магнитного поля в наэлектризованном газе.

Двойной замер на разных дистанциях

Ключевой эксперимент стал возможен благодаря редкому астрономическому выравниванию в феврале 2022 года. Два зонда пересекли один и тот же поток солнечного ветра на разных удалениях от светила: Parker Solar Probe — на расстоянии 9 млн км, а Solar Orbiter — в 89 млн км. Сравнение замеров показало, что вблизи Солнца около 10% всей энергии потока заключено в магнитном поле. На дистанции европейского аппарата эта доля упала до 1% — но плазма при этом остывала и замедлялась гораздо медленнее, чем предписывают классические модели.

Потеря магнитной энергии, как установили ученые, компенсирует охлаждение и подпитывает разгон частиц. Особую роль в этом процессе играют так называемые коммутаторы — крупные изгибы и развороты линий магнитного поля, которые являются ярким проявлением альфвеновских волн. Их энергетического запаса достаточно, чтобы объяснить весь недостающий нагрев быстрого солнечного ветра.

Эти выводы выходят далеко за рамки физики Солнца. Наша звезда остается единственным объектом, чей звездный ветер поддается прямым измерениям. Выявленный механизм переноса энергии, вероятно, универсален для звезд солнечного типа и, возможно, для других классов светил, имеющих магнитное поле и корону. В ближайших планах исследователей — проверить, действует ли тот же принцип для медленных компонентов солнечного ветра, что позволит точнее прогнозировать космическую погоду и ее влияние на околоземное пространство.