Корона, или солнечная атмосфера, — область, простирающаяся на 8 миллионов километров над поверхностью Солнца и характеризующаяся исключительно высокими температурами. Фото предоставлено: CSPAR
В новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal, исследователь из Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH), входящего в систему Университета Алабамы, исследует критические аспекты явления, называемого кинетическими альфвеновскими волнами (KAW), чтобы дать новое представление о раскрыть древнюю тайну гелиофизики.
Сайед Аяз, научный сотрудник Центра космических исследований плазмы и аэрономии (CSPAR) Университета Аризоны, исследовал потенциально решающую роль KAW в нагреве солнечной короны. Это означает, что наука стала на шаг ближе к разгадке загадки того, почему корона во много раз горячее, чем поверхность самого Солнца.
«На протяжении десятилетий было доказано, что альфвеновские волны являются лучшими кандидатами для транспортировки энергии из одного места в другое», — говорит Аяз, указывая на потенциальную роль KAW в выработке коронного тепла.
«В этой статье используется новый подход к моделированию энергичных частиц в космической плазме, наблюдаемой такими спутниками, как «Викинг» и «Фрея», чтобы ответить на вопрос о том, как электромагнитная энергия волн, взаимодействующих с частицами, преобразуется в тепло во время процесса затухания, поскольку волны двигаться через пространство.
«Наше исследование исследует возмущенные электромагнитные поля, вектор потока Пойнтинга и мощность выходной мощности KAW в солнечной атмосфере».
Корона, или солнечная атмосфера, — это загадочная область, окружающая нашу родную звезду и простирающаяся далеко за пределы видимого диска Солнца, примерно на 8 миллионов километров над поверхностью Солнца. Однако корона также характеризуется исключительно высокими температурами — загадка, которая озадачивала астрофизиков почти семьдесят лет.
«Сайед — один из наших выдающихся студентов, который только начинает свою исследовательскую карьеру», — говорит доктор. Гэри Занк, директор CSPAR и председатель Aerojet Rocketdyne Департамента космических наук Украины. «Его постоянный интерес к альфвенским волнам, который начался во время его учебы в Пакистане, когда он работал со своим наставником доктором. Имран А. Кан начал, теперь привел к изучению этих волн в очень малых масштабах, так называемом кинетическом масштабе в плазме.
«Его работа дает важное понимание критической проблемы того, как энергия преобразуется в магнитном поле для нагрева плазмы заряженных частиц, таких как протоны и электроны. Одна из причин, по которой работа Сайеда важна, заключается в том, что мы до сих пор не понимаем, «почему солнечная атмосфера температура более 1 миллиона градусов, а температура поверхности Солнца сравнительно прохладная — 6500 градусов».
Кинетические альфвеновские волны, распространенные во всей плазменной Вселенной, представляют собой колебания ионов и магнитного поля при их движении через солнечную плазму. Волны образуются в результате движений фотосферы — внешней оболочки Солнца, излучающей видимый свет.
«Мой основной интерес к этим волнам был вызван запусками миссий Parker Solar Probe и Solar Orbiter, которые подняли важнейший вопрос о том, как нагревается солнечная корона», — говорит Аяз. «На сегодняшний день ни одна космическая миссия не предоставила прогнозов этих явлений вблизи Солнца, особенно в диапазоне от 0 до 10 солнечных радиусов. Наша основная цель — изучение нагрева, вызываемого KAW в этих регионах солнечной короны».
«Мы сосредоточились на потеплении и обмене энергией, обеспечиваемых KAW», — отмечает исследователь. «Причина такого большого интереса к этим волнам заключается в их способности переносить энергию. Данные наблюдений с многочисленных космических аппаратов и теоретические исследования неизменно показывают, что KAW рассеиваются по мере распространения в космосе и способствуют нагреву солнечной короны».
Благодаря этим уникальным свойствам волны представляют собой важнейший механизм передачи энергии, который важен для понимания обмена энергией между электромагнитными полями и частицами плазмы.
«KAW работают в небольших кинетических масштабах и способны поддерживать параллельные флуктуации электрического и магнитного поля, обеспечивая передачу энергии между волновым полем и частицами плазмы посредством явления, называемого взаимодействием Ландау», — говорит Аяз.
«В настоящей работе используется и исследуется механизм затухания Ландау, который возникает, когда частицы, движущиеся параллельно волне, имеют скорости, сравнимые с фазовой скоростью волны».
Затухание Ландау — это экспоненциальное убывание некоторых волн в плазме в зависимости от времени. «Когда частицы взаимодействуют с волной, они приобретают/теряют энергию — этот термин называется «резонансным состоянием», — говорит Аяз.
«Это может привести к тому, что волна либо отдаст свою энергию частицам, либо получит энергию от них, в результате чего частицы либо затухнут, либо начнут расти. Наши исследования показывают, что КАВ быстро растворяются и передают всю свою энергию частицам плазмы в виде тепла. Эта передача энергии ускоряет частицы на больших пространственных расстояниях и существенно влияет на динамику плазмы».
Аналитические выводы, полученные в результате этого исследования, будут иметь практическое применение для понимания явлений в солнечной атмосфере и, в частности, прольют свет на важную роль нетепловых частиц в процессах потепления.
Информация от: Университетом Алабамы в Хантсвилле.
