Зонд NASA Parker Solar Probe подтвердил существование «барьера спиральности»
Собранные зондом данные подтвердили существование давно предсказанного теоретиками «барьера спиральности» — предела, при достижении которого процесс турбулентной диссипации (преобразования механической энергии в тепло) ведет себя принципиально иначе вблизи Солнца.
Это изменение характера турбулентной диссипации влияет на нагрев плазмы, что объясняет давнюю загадку: почему солнечная корона горячее, чем поверхность Солнца.
Барьер спиральности также воздействует на поведение потоков плазмы и магнитных полей, способствуя высокой скорости солнечного ветра — силы, способной влиять на чувствительные электронные системы как на Земле, так и на орбите.
Зонд Parker Solar Probe
Запущенный в 2018 году зонд Parker Solar Probe был создан для раскрытия тайн Солнца. Он не только стал самым быстрым объектом, построенным человечеством, но и в 2024 году приблизился к Солнцу ближе любого другого космического аппарата. Пролетая через атмосферу Солнца, зонд предоставил исследователям беспрецедентные данные о внешнем слое звезды — короне.
Команда ученых проанализировала данные первых 10 орбит зонда, объединив несколько наборов для охвата более широкого спектрального диапазона. За свою семилетнюю миссию Parker совершил 24 витка, с каждым разом приближаясь к Солнцу.
Барьер спиральности
«Этот результат крайне важен, поскольку подтверждение существования "барьера спиральности" позволяет объяснить ранее необъяснимые свойства солнечного ветра, включая тот факт, что его протоны обычно горячее электронов», — заявил ведущий автор исследования Джек Макинтайр, аспирант Лондонского университета королевы Марии.
«Улучшая наше понимание турбулентной диссипации, это открытие также может иметь важные последствия для других астрофизических систем», — добавил Макинтайр.
В короне плазма из-за барьера спиральности становится практически бесстолкновительной, то есть энергия рассеивается через взаимодействие волн и частиц, а не через столкновения частиц. Это делает турбулентный каскад (процесс преобразования энергии в тепло) чрезвычайно сложным и неравномерным. Исследование показывает, что для возникновения барьера спиральности должны выполняться определенные условия, в первую очередь — высокое соотношение напряженности магнитного поля к давлению плазмы. Чем сильнее дисбаланс между противоположно направленными плазменными волнами, тем заметнее эффект.
По словам ученых, эти условия типичны для короны, а значит, барьер спиральности распространен повсеместно. Когда солнечный ветер проходит через эту область, он нагревается и ускоряется под влиянием барьера.
«Эта работа имеет большое значение, поскольку предоставляет четкие доказательства существования барьера спиральности, что отвечает на давние вопросы о нагреве короны и ускорении солнечного ветра — например, о температурных аномалиях в солнечной атмосфере и вариативности различных потоков солнечного ветра», — отметил соавтор исследования доктор Кристофер Чен, преподаватель физики космической плазмы в Лондонском университете королевы Марии.
Применение в астрономии
Хотя понимание поведения нашей ближайшей звезды крайне важно для землян (учитывая потенциальную угрозу инфраструктуре от солнечного ветра), результаты исследования имеют гораздо более широкое значение для астрономов.
Бесстолкновительное поведение наблюдается и в других горячих разреженных астрофизических плазменных средах во Вселенной. Благодаря новому подтверждению существования барьера спиральности, Parker Solar Probe стал ценнейшей естественной лабораторией для изучения турбулентной диссипации в экстремальных условиях.
«Это позволяет нам лучше понять фундаментальную физику турбулентной диссипации, связь между процессами на микроуровне и глобальными свойствами гелиосферы, а также улучшить прогнозирование космической погоды», — подытожил Чен.
Исследование опубликовано 8 июля 2025 года в журнале .