Астрофизики впервые измерили превращение энергии в солнечный ветер

Лондонский университет королевы Марии провел исследование, в котором описывается первое прямое измерение того, как энергия переносится из хаотических электромагнитных полей в пространстве к частицам, составляющим солнечный ветер, что приводит к нагреву межпланетного пространства.

Исследование, опубликованное в издании Nature Communications и проведенное учеными из Университета Аризоны и Университета Айовы, показывает, что процесс, известный как затухание Ландау, отвечает за передачу энергии от электромагнитной плазменной турбулентности в космосе к электронам в солнечном ветре, вызывая их возбуждение.

Этот процесс, названный в честь лауреата Нобелевской премии физика Льва Ландау (1908-1968), происходит в тот момент, когда волна проходит через плазму, а частицы плазмы, движущиеся с одинаковой скоростью, поглощают эту энергию, что приводит к снижению энергии, то есть происходит затухание волны.

Не смотря на то, что этот процесс уже измерялся в некоторых простых ситуациях ранее, до сих пор ученые не знали, будет ли он все еще работать в высокотурбулентной и сложной плазме, естественным образом встречающейся в космосе, или же будет совершенно другой процесс.

По всей вселенной материя находится в состоянии плазмы под напряжением при гораздо более высоких температурах, чем ожидалось. Например, солнечная корона в сотни раз горячее поверхности Солнца, — загадка, которую ученые до сих пор пытаются понять.

Также важно понять нагрев многих других астрофизических плазм, таких как межзвездная среда и диски плазмы, окружающие черные дыры. Это позволить объяснить некоторые экстремальные характеристики, отображаемые в этих средах.

Открытие было сделано на основании данных высокого разрешения с космического корабля NASA MMS (запущенного в 2015 году), а также недавно разработанной методике анализа данных (метод корреляции частицы и поля).

Солнечный ветер — это поток заряженных частиц (то есть плазмы), который исходит от Солнца и заполняет всю нашу солнечную систему, а космический аппарат MMS находится непосредственно в потоке солнечного ветра, измеряя поля и частицы внутри него.

«Плазма — безусловно самая распространенная форма видимой материи во вселенной, и она часто находится в очень динамичном и явно хаотическом состоянии, известном как турбулентность. Эта турбулентность передает энергию частиц в плазме и приводит к нагреву и возбуждению, что делает турбулентность и связанный с ней нагрев очень распространенным явлением в природе», — отметил автор исследования доктор Кристофер Чен из Лондонского университета королевы Марии. «В своей работе мы сделали первое прямое измерение процессов, связанных с турбулентным нагревом в естественной астрофизической плазме. Мы также проверили новую методику анализа как инструмент, который можно использовать для измерения напряжения плазмы и который может быть использован в ряде последующих исследований по различным аспектам поведения плазмы «.