С помощью данных космических зондов Европейского космического агентства Solar Orbiter и NASA Parker Solar Probe учёным удалось приблизиться к ответу на вопрос, какой механизм отвечает за нагрев и ускорение солнечного ветра: как оказалось, важную роль в этих процессах играют крупномасштабные электромагнитные колебания, распространяющиеся вдоль силовых линий магнитного поля. Работа была опубликована в журнале Science 29 августа.
Солнечный ветер – это постоянный поток заряженных частиц (плазмы), которые выделяет солнечная корона. За секунду такой поток переносит от Солнца до 10^9 кг вещества. В зависимости от скорости частиц солнечный ветер разделяют на классы: медленный (300-400 км/с у орбиты Земли) и быстрый (600-700 км/с у орбиты Земли); также существуют спорадические высокоскоростные потоки (до 1200 км/с). Когда его частицы достигают нашей планеты и сталкиваются с частицами атмосферы, это вызывает полярное сияние.
Быстрый солнечный ветер вылетает из солнечной атмосферы с меньшей скоростью, но значительно ускоряется, то есть что-то к этому приводит. К тому же, с удалением от Солнца он должен расширяться и охлаждаться, становясь менее плотным; однако он охлаждается медленнее, чем должен был бы согласно расчётам.
Астрофизики уже давно предложили гипотезу, согласно которой ответом на этот «энергетический» вопрос являются альфвеновские волны. Проходя через наэлектризованную плазму, токи и магнитные поля могут формировать различные волны: альфвеновские представляют собой поперечные волны, которые проходят вдоль силовых линий магнитного поля, в котором находятся. Они могут накапливать энергию и проносить её через плазму.
Благодаря тому, что в феврале 2022 года зонды Solar Orbiter и Parker оказались в одном потоке солнечного ветра, учёным удалось подтвердить это предположение: Parker находился во внешнем крае короны (около 9 миллионов километров от Солнца), а Solar Orbiter – дальше, вблизи орбиты Венеры (на расстоянии примерно в 89 миллионов километров от Солнца). Таким образом исследователи наблюдали альфвеновские волны, как только они появились и через 45 часов после этого, и сравнили потоки плазмы в двух точках. Преобразовав данные в энергетические величины, в частности в поток волновой энергии, оказалось, что рядом с Солнцем в магнитном поле сохранялось около 10% энергии; в точке пребывания Solar Orbiter это число снизилось до 1%, однако плазма ускорялась и охлаждалась медленно. Сравнивая данные, команда пришла к выводу, что рассеянная энергия, которую несли волны, соответствует прогнозируемому нагреву и ускорению солнечного ветра.
Теперь астрофизики планируют расширить свой анализ на медленный солнечный ветер и пронаблюдать, работает ли такой механизм в нем. К тому же, новые знания могут быть потенциально применены к другим звёздам типа нашего светила или же вообще к тем, которые имеют ветер.