Ученые наконец обнаружили то, что искали с 1940-х годов: маломасштабные торсионные альфвеновские волны в короне Солнца. Торсионные альфвеновские волны — это вращающиеся магнитные волны, которые распространяются через плазму вдоль силовых линий магнитного поля, закручивая их вперед и назад, подобно сжатой пружине. Эти волны, впервые предсказанные в 1942 году шведским физиком Ханнесом Альфвеном, как полагают, переносят большие объемы энергии через атмосферу Солнца. Они были обнаружены с помощью Солнечного телескопа Дэниела К. Иноуэ на Гавайях — самого мощного солнечного телескопа в мире. Это открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy, может помочь объяснить, почему внешняя атмосфера Солнца намного горячее его поверхности.
Корона, самый внешний атмосферный слой Солнца, простирается на миллионы километров в космос и состоит из чрезвычайно горячей ионизированной плазмы. Плазма часто описывается как четвертое состояние вещества, где атомы настолько возбуждены, что электроны отделяются от атомных ядер, создавая заряженные частицы, на которые сильно влияют магнитные поля. Хотя видимая поверхность Солнца намного холоднее — 5500 градусов Цельсия, температура в короне шокирующе достигает более миллиона градусов Цельсия, что порождает давнюю «проблему нагрева короны». Ее плазма устремляется наружу в виде солнечного ветра — сверхзвукового потока заряженных частиц, заполняющего нашу Солнечную систему. Солнечный ветер формирует гелиосферу и может вызывать сбои в работе спутников, систем GPS и электросетей на Земле. Вопрос о том, как корона получает достаточно энергии для поддержания таких температур, обсуждался десятилетиями.
Альфвеновские волны долгое время считались одним из основных объяснений. В плазме, состоящей из множества потоковых трубок — узких магнитных структур, которые направляют плазму и энергию через атмосферу Солнца, — единственным чистым альфвеновским модом является торсионный, что означает, что он закручивает силовые линии магнитного поля вокруг их центральной оси, а не колеблет их из стороны в сторону. Эти магнитные структуры направляют движение заряженных частиц, поскольку плазма естественным образом следует по силовым линиям магнитного поля.
Профессор Ричард Мортон из Университета Нортумбрии, руководивший исследованием, заявил: «Это открытие завершает затяжной поиск этих волн, который берет свое начало в 1940-х годах. Наконец, мы смогли напрямую наблюдать эти торсионные движения, закручивающие силовые линии магнитного поля вперед и назад в короне».
Прорыв стал возможен благодаря криогенному ближнему инфракрасному спектрополяриметру (Cryo-NIRSP) телескопа — прибору, предназначенному для наблюдения за чрезвычайно тонкими магнитными структурами и структурами плазмы в короне. Мортон отслеживал железо, нагретое до 1,6 миллиона градусов Цельсия, и разработал новые методы для отделения торсионных движений от более распространенных колебательных движений. «Движение плазмы в короне Солнца доминируется колебательными движениями. Они маскируют торсионные движения, поэтому мне пришлось разработать способ устранения колебаний, чтобы обнаружить скручивание», — пояснил он.
В отличие от кинковых волн, которые заставляют колебаться целые магнитные структуры, торсионные альфвеновские волны создают скручивающие движения, которые можно обнаружить только с помощью спектроскопии — научного изучения взаимодействия материи со светом. В физике Солнца спектроскопия измеряет крошечные сдвиги длины волны, вызванные движением плазмы посредством эффекта Доплера. Плазма, движущаяся к Земле, вызывает небольшой «синий сдвиг», в то время как плазма, удаляющаяся от нее, вызывает «красный сдвиг». Изучая эти противоположные красные и синие сигнатуры по обе стороны магнитных структур, ученые могут обнаружить скрытые скручивающие движения в короне. Данные показали, что спокойная корона непрерывно поддерживает эти торсионные волны.
Измеренные ими амплитуды невелики, но ученые полагают, что они занижены из-за способа сбора данных. Тем не менее, эти волны могут переносить значительную долю энергии, необходимой для питания короны и поддержания солнечного ветра.
«Это исследование обеспечивает важнейшее подтверждение ряда теоретических моделей, описывающих, как турбулентность альфвеновских волн питает солнечную атмосферу», — добавил Мортон. «Наличие прямых наблюдений, наконец, позволяет нам сопоставить эти модели с реальностью».
Открытие имеет значение не только для понимания Солнца, но и для прогнозирования космической погоды. Солнечный ветер переносит магнитные возмущения, которые могут нарушать работу спутников, систем GPS, радиосвязи и электросетей на Земле. Альфвеновские волны также могут объяснить «магнитные переключения», наблюдаемые космическим аппаратом NASA Parker Solar Probe, которые, как полагают, переносят значительную энергию через солнечный ветер.
В исследовании приняли участие ученые из Китая, Бельгии, Великобритании и США, что демонстрирует масштаб международного сотрудничества в области солнечной науки. Поскольку Солнечный телескоп Иноуэ теперь обеспечивает сверхвысокое разрешение видов короны, ученые ожидают получить больше сведений о том, как эти магнитные волны движутся, взаимодействуют и высвобождают энергию по всей атмосфере Солнца.
Источник: Northumbria University, Nature
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и проверена редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях освещения новостей. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать его.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
