Новые исследования, использующие данные зонда NASA Parker Solar Probe, предоставили первые прямые доказательства явления, известного как «геликоидальный барьер» в солнечном ветре. Это открытие, [опубликованное](https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.15.031008) в журнале Physical Review X исследователями из Лондонского университета королевы Марии, стало значительным шагом к пониманию двух давних загадок: как атмосфера Солнца нагревается до миллионов градусов и как формируется сверхзвуковой солнечный ветер.
Атмосфера Солнца и солнечный ветер
Атмосфера Солнца, или корона, намного горячее его поверхности — парадокс, который озадачивал учёных десятилетиями. Кроме того, постоянный поток плазмы и магнитных полей от Солнца, известный как солнечный ветер, ускоряется до невероятных скоростей.
Считается, что турбулентная [диссипация](https://phys.org/tags/dissipation/) — процесс, при котором [механическая энергия](https://phys.org/tags/mechanical+energy/) преобразуется в тепло, — играет решающую роль в обоих этих явлениях. Однако в околосолнечной среде, где плазма в основном бесстолкновительная, точные механизмы этой диссипации оставались неясными.
Данные зонда Parker Solar Probe
Это новое исследование использует данные зонда NASA Parker Solar Probe, который стал самым близким к Солнцу космическим аппаратом, пролетая прямо через солнечную атмосферу. Такая беспрецедентная близость позволила исследователям впервые напрямую изучить эту экстремальную среду, предоставив критически важные данные для разгадки этих загадок.
В статье представлены убедительные доказательства того, что «геликоидальный барьер» активен и глубоко изменяет характер турбулентной диссипации. Этот эффект, ранее предсказанный теоретически, создаёт барьер для турбулентного каскада энергии на малых масштабах, фундаментально меняя то, как флуктуации диссипируют, и, следовательно, как нагревается плазма.
Джек Макинтайр, доктор философии и ведущий автор исследования из Лондонского университета королевы Марии, прокомментировал: «Этот результат впечатляет, поскольку, подтверждая наличие „геликоидального барьера“, мы можем объяснить свойства солнечного ветра, которые ранее были необъяснимы, включая то, что его протоны обычно горячее электронов. Улучшая наше понимание турбулентной диссипации, это также может иметь важные последствия для других систем в астрофизике».
Исследовательская группа также определила конкретные условия, при которых возникает этот барьер. Они обнаружили, что геликоидальный барьер становится полностью развитым, когда [магнитная напряжённость](https://phys.org/tags/magnetic+field/) становится значительной по сравнению с давлением в плазме, и становится всё более заметным, когда дисбаланс между противоположно распространяющимися плазменными волнами, составляющими турбулентность, больше. Критически важно, что эти условия часто встречаются в солнечном ветре вблизи Солнца, где сейчас исследует Parker Solar Probe, а это значит, что этот эффект должен быть широко распространён.
Доктор Кристофер Чен, преподаватель физики космической плазмы в Лондонском университете королевы Марии и руководитель Джека Макинтайра, добавил: «Эта статья важна, поскольку она предоставляет чёткие доказательства наличия геликоидального барьера, который отвечает на некоторые давние вопросы о нагреве короны и ускорении солнечного ветра, такие как температурные сигнатуры, наблюдаемые в [солнечной атмосфере](https://phys.org/tags/solar+atmosphere/), и изменчивость различных потоков солнечного ветра».
Это позволяет нам лучше понять фундаментальную физику турбулентной диссипации, связь между мелкомасштабной физикой и глобальными свойствами гелиосферы, а также делать более точные прогнозы космической погоды.
Последствия этого открытия выходят за рамки нашего светила, поскольку многие горячие, диффузные астрофизические плазмы во Вселенной также бесстолкновительны. Понимание того, как энергия диссипирует в тепло в этих средах, имеет широкие последствия для астрофизики. Прямое наблюдение геликоидального барьера в солнечном ветре предоставляет уникальную естественную лабораторию для изучения этих сложных процессов.
Предоставлено
[Queen Mary, University of London](https://phys.org/partners/queen-mary–university-of-london/)