Акулы-молоты помогли ученым понять, как солнечный ветер сохраняет высокую температуру
Астрономы обнаружили в солнечном ветре необычные группы протонов, которые по форме напоминают акул-молотов. Эти структуры помогают ученым составлять карту магнитных границ Солнца и объясняют, почему солнечный ветер не остывает, когда удаляется от звезды. Результаты работы, которую выполнили Сриджан Бхарати Дас из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и его коллеги по команде SWEAP, опубликовал журнал The Astrophysical Journal Letters.
Необычные формы впервые заметили в 2020 году на встрече, где ученые калибровали данные солнечного зонда NASA Parker. На экранах вместо привычных круглых пятен, которые обычно образуют протоны солнечного ветра, появилась вытянутая сплюснутая структура с выступом. Гелиофизик Джей Верньеро из Центра космических полетов Годдарда сравнил ее с акулой-молотом, и это название закрепилось. Чтобы найти подобные формации, алгоритм проанализировал около 3,7 миллиона групп протонов, которые зонд Parker измерил, когда 20 раз сближался с Солнцем — на рекордно малом расстоянии от звезды. Программа выявила примерно 173 тысячи «акул».
Зонд Parker в последний раз приблизился к Солнцу на минимальное расстояние
Когда исследователи детально изучили эти структуры, они поняли, что видят группы горячих протонов, которые движутся через более медленный основной поток плазмы с высокой скоростью. Каждая такая «акула» работает как миниатюрный резервуар энергии. Это анизотропные протонные пучки, в которых многие частицы быстро перемещаются в определенных направлениях и накапливают свободную энергию.
Когда протоны сталкиваются с электромагнитными полями, эта энергия переходит в волны, а затем превращается в тепло. Этот механизм отвечает на давний вопрос о температуре солнечного ветра. По законам физики ветер должен быстро остывать, когда он расширяется в космосе, но он остается горячим. Данные указывают, что именно эти протоны отдают свое тепло и подогревают плазму.
«Акулы-молоты» появляются не везде, а группируются вблизи гелиосферного токового слоя. Это обширная поверхность, где магнитное поле Солнца меняет полярность — как при прыжке от одного полюса магнита к другому. Этот слой невозможно увидеть, но протоны подсвечивают его края и служат маркерами.
В период солнечного минимума, когда звезда ведет себя как простой полосовой магнит, токовый слой лежит почти плоско вдоль экватора. Орбита зонда Parker проходит близко к этой плоскости, и аппарат фиксировал «акул» на протяжении всего пути.
Когда солнечная активность возрастает, магнитное поле усложняется. Токовый слой искривляется и принимает форму высоких волн, которые колеблются над экватором и под ним. В этой фазе протоны собираются в узкие полосы в тех местах, где зонд пересекает или задевает изогнутый слой.
Подобные нетепловые группы ионов существуют не только в солнечном ветре. Сриджан Бхарати Дас отмечает, что схожие структуры встречаются и в токовом слое Земли. Это означает, что одинаковые физические процессы, при которых пересоединяются линии магнитного поля и волны влияют на частицы, работают в совершенно разных плазменных средах. В данных зонда Parker скопления протонов также возникали рядом с корональными выбросами массы и между «свитчбеками» — резкими изломами магнитного поля, которые стали неожиданностью для миссии.
Теперь ученые используют то, что началось как случайная находка, как точный автоматизированный инструмент. Они наносят на карту время и место, где появляются «акулы-молоты», связывают их с магнитными границами и подсчитывают их энергию, чтобы точнее понять физику внешних слоев Солнца.
Генерация ProКосмос
Самое популярное
