Космическая пыль может оказаться ключом к разгадке нагрева солнечной короны
Учёные из Университета Алабамы в Хантсвилле представили исследование, которое может изменить существующие представления о причинах аномально высокой температуры солнечной короны. Анализ данных, полученных космическим аппаратом NASA Parker Solar Probe, показал, что мельчайшие заряженные частицы космической пыли вблизи Солнца способны существенно влиять на перенос энергии во внешней атмосфере нашей звезды.
Солнечная корона представляет собой чрезвычайно разреженную плазму, простирающуюся на миллионы километров в космос. Несмотря на удалённость от поверхности Солнца, её температура достигает 1–3 миллионов градусов Цельсия и даже выше, тогда как поверхность звезды — фотосфера — нагревается лишь примерно до 5500 °C. Почему внешняя атмосфера значительно горячее самой поверхности Солнца, остаётся одной из главных нерешённых проблем современной гелиофизики.
Ведущий автор исследования Сайед Аяз, аспирант Центра космических плазменных и аэрономических исследований (CSPAR), отметил, что десятилетиями учёные изучали главным образом роль электронов, ионов, магнитных полей и плазменных волн в переносе и рассеянии энергии в солнечной атмосфере. Особое внимание уделялось кинетическим альфвеновским волнам, которые способны переносить электромагнитную энергию через корону и передавать её заряженным частицам, нагревая плазму и ускоряя солнечный ветер.
Новая работа отличается тем, что исследователи впервые включили в подобные модели космическую пыль. До недавнего времени считалось, что пылевые частицы практически не могут существовать столь близко к Солнцу, поскольку температура окружающей среды должна быстро их разрушать.
Однако наблюдения Parker Solar Probe показали неожиданную картину. Оказалось, что космическая пыль присутствует значительно ближе к Солнцу, чем предполагалось ранее, и продолжает активно взаимодействовать с окружающей плазмой.
Интересно, что сам аппарат не оснащён специализированным детектором пыли. Вместо этого исследователи использовали данные комплекса приборов FIELDS, предназначенного для измерения электрических и магнитных полей, плазменных волн и радиоизлучения.
Когда мельчайшие частицы пыли на огромной скорости сталкиваются с космическим аппаратом, они мгновенно испаряются, образуя небольшие облака заряженных частиц. Эти столкновения вызывают характерные скачки напряжения на антеннах комплекса FIELDS, благодаря чему сам космический аппарат фактически начинает выполнять роль своеобразного детектора космической пыли.
Полученные данные показали, что пыль не просто присутствует во внутренней части Солнечной системы, но и оказывает заметное влияние на процессы, происходящие в плазме. После приобретения электрического заряда под действием солнечного излучения и окружающей плазмы пылевые частицы начинают взаимодействовать с электрическими и магнитными полями, изменяя распространение плазменных волн и перенос энергии.
Одним из главных результатов исследования стало выяснение того, что космическая пыль воздействует на кинетические альфвеновские волны сразу двумя различными способами.
Если преобладает влияние массы пылевых частиц, они увеличивают инерцию плазмы. В результате альфвеновские волны распространяются медленнее и способны переносить энергию на значительно большие расстояния, прежде чем она рассеивается.
Если же более важную роль играет электрический заряд пыли, взаимодействие между волнами, электрическими полями и заряженными частицами усиливается. В этом случае энергия высвобождается локально и эффективнее переходит в нагрев плазмы.
По словам авторов работы, именно баланс между этими двумя механизмами может определять, где именно происходит нагрев солнечной короны и каким образом формируется молодой солнечный ветер.
Исследование также ставит под сомнение многие существующие модели, которые традиционно рассматривают околосолнечное пространство исключительно как смесь электронов, ионов и магнитных полей, полностью игнорируя возможную роль космической пыли.
Учёные подчёркивают, что теперь возникает новый фундаментальный вопрос: является ли пыль лишь своеобразным индикатором процессов, происходящих возле Солнца, или же она действительно играет активную роль в преобразовании электромагнитной энергии в тепло и ускорении солнечного ветра.
По мнению авторов, дальнейшие пролёты Parker Solar Probe ещё ближе к Солнцу помогут получить новые сведения об этой ранее практически недоступной области космоса. В будущем исследователи рассчитывают на запуск специализированных миссий с приборами для одновременного изучения пыли, плазмы и плазменных волн, что позволит окончательно выяснить, является ли космическая пыль недостающим элементом в объяснении природы нагрева солнечной короны.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal.