Солнечная корона, внешняя атмосфера нашего светила, продолжает ставить ученых в тупик. Ее температура в миллионы градусов Цельсия в разы превосходит температуру видимой поверхности Солнца. Не менее интригующим является и феномен стремительного ускорения солнечного ветра. Долгое время считалось, что ключевую роль в этих процессах играет турбулентное рассеяние энергии, но точные механизмы этого явления в разреженной плазме оставались неясными.
Прорыв в понимании этих космических загадок стал возможен благодаря уникальным данным, собранным зондом NASA Parker Solar Probe. Этот первый в истории космический аппарат, совершивший погружение в самую сердцевину солнечной короны, предоставил ученым беспрецедентную возможность изучить экстремальные условия вблизи Солнца.
Новое исследование, опубликованное в авторитетном журнале Physical Review X, проливает свет на механизмы, ответственные за колоссальный нагрев солнечной короны. Ученые подтвердили существование так называемого «гелицитного барьера». Этот эффект, наблюдаемый в турбулентной плазме, заключается в том, что мощное магнитное поле и асимметрия волн препятствуют расщеплению энергии на мелкие вихри. В результате энергия накапливается и преобразуется в тепло, вызывая интенсивный нагрев частиц.
Как поясняет ведущий автор исследования, аспирант Лондонского университета Королевы Марии Джек Макинтайр, открытие гелицитного барьера помогает объяснить, почему протоны в солнечном ветре оказываются более горячими, чем электроны. Это также открывает новые горизонты в понимании турбулентности в астрофизике в целом.
Ученые установили, что барьер активируется в условиях, когда магнитное поле значительно превосходит давление плазмы, а турбулентность формируется преимущественно волнами, движущимися в одном направлении. Именно такие условия были зафиксированы Parker Solar Probe вблизи Солнца, что указывает на широкое распространение этого явления.
Научный руководитель Джека Макинтайра, Кристофер Чен, подчеркивает, что теперь имеются неоспоримые доказательства работы гелицитного барьера. Это существенно углубляет наше понимание процессов нагрева короны и ускорения солнечного ветра. Полученные знания позволят значительно улучшить прогнозы космической погоды, что критически важно для защиты спутников, радиосвязи и энергетических систем на Земле.
Значение этого открытия выходит за рамки изучения Солнца. Понимание гелицитного барьера поможет объяснить, как энергия преобразуется в тепло в других горячих и разреженных плазмах во Вселенной, существующих в условиях отсутствия столкновений. Кроме того, эти знания могут быть полезны при разработке термоядерных реакторов, где управление турбулентной плазмой является одной из ключевых задач.
Несмотря на значительный прогресс, ученые отмечают, что для окончательных выводов необходимы дополнительные исследования и измерения, в том числе с использованием данных миссии ESA Solar Orbiter. Также предстоит более детально изучить влияние гелицитного барьера на нагрев протонов с помощью новых моделей.