Ученые впервые измерили электрическое поле Солнца

Американские ученые на основе данных солнечного зонда НАСА Parker Solar Probe измерили интенсивность потока электронов — основной составляющей солнечного ветра, что впервые позволило точно рассчитать потенциал электрического поля Солнца. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Электрическое поле Солнца возникает в результате взаимодействия протонов и электронов, образующихся при разделении атомов водорода под действием тепла, генерируемого термоядерным синтезом глубоко внутри Солнца. И те, и другие частицы составляют солнечный ветер, уносимый от солнечной поверхности в направлении внешнего слоя гелиосферы.

Некоторые электроны удерживаются в потоке положительно заряженными протонами, а некоторые, обладая массой в 1800 раз меньше, чем у протонов, отрываются от них и возвращаются обратно к поверхности Солнца. Это движение электронов определяет электрическое поле Солнце.

Физики из Университета Айовы проанализировали новые данные, полученные от автоматического космического аппарата для изучения короны Солнца Parker Solar Probe, который пролетел всего в 0,1 астрономической единицы от звезды — ближе, чем любой корабль до этого — и получили новое представление об электрическом поле Солнца.

"Ключевой момент — это то, что вы не можете проводить такие измерения вдали от Солнца. Вы можете сделать их только тогда, когда приблизитесь, — приводятся в пресс-релизе университета слова одного из авторов исследования Джаспера Халекаса (Jasper Halekas), доцента кафедры физики и астрономии. — Это все равно, что пытаться понять водопад, глядя на реку в миле ниже по течению. Измерения, которые мы сделали на расстоянии 0,1 астрономической единицы — это как бы внутри водопада".

В частности, исследователи оценили соотношение улетающих и возвращающихся электронов и точнее чем когда бы то ни было рассчитали параметры электрического поля Солнца, его ширину и конфигурацию.

"Электроны пытаются убежать, а протоны стараются оттянуть их назад. Это и есть электрическое поле, — говорит Халекас. — Если бы не было электрического поля, все электроны устремились бы прочь и исчезли. Но электрическое поле удерживает все частицы вместе как один однородный поток".

Исследователи образно описывают электрическое поле Солнца в виде огромной чаши, а электроны — в виде шариков, катящихся по ее внутренней поверхности с разной скоростью. Некоторые электроны, или шарики достаточно подвижны, чтобы пересечь край чаши, в то время как другие постепенно замедляются и в конечном итоге скатываются на дно чаши.

"По сути, существует энергетическая граница между теми шариками, которые покидают чашу, и теми, которые этого не могут сделать, и ее можно измерить. Находясь достаточно близко к Солнцу, мы можем проводить точные измерения распределения электронов. Прежде всего мы измеряем те электроны, которые возвращаются, а не те, которые улетают, — объясняет ученый. — Так мы можем определить, какая часть этого ускорения обеспечивается электрическим полем Солнца. Похоже, что это очень небольшая часть. Это не главное, что дает импульс солнечному ветру, но это указывает на другие механизмы, которые дают больше энергии".

Авторы надеются, что результаты их исследования позволят составить более точное представление о солнечном ветре — струе плазмы, которая со скоростью миллионы километров в час отлетает от Солнца и омывает Землю и другие планеты Солнечной системы, а также оказывает существенное влияние на работу комических аппаратов.