Dwa statki kosmiczne złapały fale, które mogą podgrzać i przyspieszyć wiatr słoneczny

Szczęśliwe połączenie dwóch statków kosmicznych badających słońce może ostatecznie rozwiązać zagadkę słoneczną sprzed dziesięcioleci.

Dane z sondy słonecznej Parker NASA i sondy słonecznej Europejskiej Agencji Kosmicznej sugerują, że fale plazmowe znane jako fale Alfvéna dostarczają energii do wiatru słonecznego, gdy opuszcza zewnętrzną atmosferę Słońca, potencjalnie wyjaśniając dlaczego wiatr słoneczny jest tak gorący i szybszy niż oczekują heliofizycy, donoszą badacze 29 sierpnia w czasopiśmie Science.

Wyniki dostarczają "bardzo silnego wskazania, że fale Alfvéna mogą podgrzewać i przyspieszać wiatr słoneczny," mówi Jean Perez, fizyk plazmy z Instytutu Technologicznego na Florydzie w Melbourne, który nie brał udziału w badaniu.

Od początku epoki kosmicznej, gdy robotyczne sondy pierwszy raz opuściły atmosferę, naukowcy wiedzieli, że wiatr słoneczny - strumień naładowanych cząsteczek uwalnianych z atmosfery Słońca - przyśpiesza gdy oddala się od Słońca (SN: 18.08.17). Obliczenia teoretyczne również wskazują, że temperatura wiatru słonecznego powinna spadać w miarę rozprzestrzeniania się w przestrzeń. Ten spadek następuje, ale pomiary wykazują, że zachodzi wolniej niż przewidywano.

Obserwacje z Ziemi wcześniej uchwyciły fale Alfvéna kołyszące się w pobliżu Słońca. Takie fale to oscylacje w polach magnetycznych plazmy wypływającej ze Słońca. Czasami są tak duże, że zawracają na siebie w tzw. "zakrętach" (SN 15.01.21). Zaobserwowane fale Alfvéna miały odpowiednią ilość energii, aby wyjaśnić dwa długotrwałe zagadki dotyczące prędkości i temperatury wiatru słonecznego, ale brakowało bezpośrednich dowodów.

Wkraczają Parker Solar Probe i Solar Orbiter. Pod koniec lutego 2022 roku Parker przechodził przez region około jednej piątej odległości między Słońcem a Merkurym, dokładnie tam, gdzie falujące fale Alfvéna różnią się. Przez przypadek Solar Orbiter przelatywał przez ten sam strumień plazmy niecałe dwa dni później, na mniej więcej orbicie Wenus.

"Mamy te dwa statki kosmiczne przechwytujące ten sam wiatr słoneczny, co pozwoliło nam zmierzyć energię tych fal," mówi Yeimy Rivera, heliofizyk z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian w Cambridge, Massachusetts.

Parker zmierzył przelatujący obok strumień plazmy z prędkością około 1,4 mln km/h, podczas gdy Solar Orbiter znalazł go poruszającego się z prędkością 1,8 mln km/h. Plazma w Solar Orbiter była również piekielnie gorąca, osiągając temperaturę 200 000 stopni Celsiusza, trzy razy wyższą niż powinna być na podstawie teoretycznych przybliżeń. Fale Alfvéna rozproszyły się w międzyczasie. To rozproszenie wprowadziło dokładnie odpowiednią ilość energii do wiatru słonecznego, wyjaśniając zwiększoną prędkość i temperaturę zmierzoną przez Solar Orbiter, obliczają Rivera i jej koledzy.

Efekt jest podobny do machania ręką w tunelu aerodynamicznym, wytwarzając fale, których energia następnie mieszane jest z otaczającym powietrzem, mówi heliofizyk Sam Badman, również z Centrum Astrofizyki.

Nie wszyscy są całkowicie przekonani, że tajemnica ta została rozwiązana. Istnieje możliwość, że zespół nie uwzględnił złożoności wiatru słonecznego, co oznacza, że obie sondy mogły nie przechwycić tego samego strumienia plazmy, twierdzą niektórzy naukowcy.

Rivera i Badman zgadzają się, że takie pomiary są trudne, ale uważają, że dokonali wielu sprawdzeń, takich jak znalezienie dokładnie takiej samej ilości helu w strumieniach, przez które przelatywały sondy, aby zweryfikować swoje obserwacje. W przyszłości badacze mówią, że mają nadzieję dalej potwierdzić swoje wyniki, zgłębiając szczegółową fizykę przekazywania energii między falami Alfvéna a wiatrem słonecznym.