Найден источник разогрева солнечного ветра

Несмотря на долгую историю исследования солнечного ветра, многое в его поведении до сих пор кажется необычным... Солнечный ветер — явление, с трудом поддающееся целостному анализу. С одной стороны, всё просто: это поток ионизированных частиц, вылетающий из солнечной короны в окружающее космическое пространство со скоростями 300–1 200 км/с. Но есть детали: как только ветер покидает Солнце, он не теряет скорость, а почему-то утраивает её.

И, вместо того чтобы охлаждаться, отставляя светило, наоборот, нагревается. Кроме того, наибольшее ускорение получают не легчайшие его частицы, а, напротив, самые тяжёлые.

При всей своей архаичности за 19 лет наблюдений из точки Лагранжа WIND накопил достаточно данных, чтобы значительно улучшить наше понимание природы солнечного ветра. (Здесь и ниже иллюстрации NASA.)

Ответ неожиданно нашёлся в материалах одного из самых древних среди активных научных аппаратов НАСА — WIND. Запущенный в 1994-м, на два года позже запланированного, он настолько стар, что в качестве памяти использует... магнитные кассеты. Тем не менее аппарат имеет хоть и тяжёлое, но надёжное экранирование от космической радиации, а также множество дублирующих систем и приличный запас топлива, позволяющий ему оставаться активным по сей день.

Итак, анализируя отправленную WIND информацию о солнечном ветре, группа под руководством Джастина Каспера (Justin Kasper) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) пришла к выводу, что за необычные черты солнечного ветра отвечает механизм, ранее редко рассматривавшийся исследователями. «Я думаю, мы нашли ответ, — полагает учёный. — Источник подогрева в солнечном ветре — это ионно-циклотронные волны».

Ионно-циклотронные волны состоят из протонов, циркулирующим по волноподобным траекториям в районах прохождения линий магнитного поля Солнца. Исходя от светила, такие волны разогревают газ до миллионов градусов и ускоряют поток его частиц до миллионов же километров в час. Согласно данным г-на Каспера, эти ранее теоретически предсказанные ионно-циклотронные волны и впрямь существуют, доходя как минимум до окрестностей Земли, где и работает зарегистрировавший их следы WIND.

Химические элементы солнечного ветра, такие как водород и гелий, а также ионы более тяжёлых элементов «дуют» с разной скоростью и имеют разную температуру; при этом их температура меняется с изменением направления. «Мы долго удивлялись тому, что более тяжёлые элементы в солнечном ветре двигаются быстрее и имеют более высокие температуры, — комментирует Джастин Каспер. — Ведь это противоречит здравому смыслу!»

Покидая поверхность светила, частицы солнечного ветра могут разгоняться до 500 км/с и выше.

Однако теория ионного циклотрона — природного космического резонансного циклического ускорителя, отвечающего за разгон частиц солнечного ветра, — способна объяснить это кажущееся противоречие. Тяжёлые ионы резонируют с волнами ионного циклотрона лучше лёгких и получают от них больше энергии; отсюда, считают учёные, и более высокие скорости и нагрев.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Science@NASA.