В канун Рождества 2024 года космический зонд Parker Solar Probe совершил самое близкое в истории сближение с Солнцем. Аппарат прошел в 6,1 миллиона километров от поверхности и передал данные. Ученые во главе с Кристофером Кляйном (Christopher Klein) из Университета Аризоны решили выяснить, как именно нагревается и ускоряется солнечный ветер.
Фото: Университет Джонса Хопкинса/APL/Стив Гриббен
Солнечный ветер — это поток заряженных частиц, который Солнце выбрасывает во все стороны. Он формирует гелиосферу, влияет на спутники, радиосвязь и даже увеличивает «радиационное облучение пассажиров авиакомпаний на полярных маршрутах». Чтобы прогнозировать космическую погоду, нужно понимать, как энергия передается этим частицам.
Главная загадка кроется в температурном профиле Солнца. В фотосфере, видимой поверхности, температура падает примерно до 10 тысяч градусов по Фаренгейту. Но выше, в короне, она снова подскакивает до нескольких миллионов. Как плазма умудряется нагреваться, удаляясь от звезды? Эту проблему гелиофизики не могли решить десятилетиями.
До того, как зонд Parker Solar Probe совершил свои сближения, ученые располагали ограниченной информацией. Они полагались на упрощенные предположения о распределении заряженных частиц в космосе. Теперь же аппарат позволил измерить параметры плазмы там, где раньше это оставалось невозможным.
Команда Кляйна разработала численный инструмент ALPS (Arbitrary Linear Plasma Solver), который анализирует реальное распределение частиц, а не подгоняет их под идеализированные модели.
Выяснилось: когда солнечный ветер вырывается в космос, частицы начинают остывать гораздо медленнее, чем предсказывала простая теория расширения. Кляйн называет это «затуханием» — процессом, который до сих пор не имел внятного объяснения. Теперь ученые могут точно рассчитать, как энергия распределяется между разными типами частиц и какие механизмы подогревают плазму на сверхблизких расстояниях.
Понимание этого процесса выходит далеко за пределы физики Солнца. Те же принципы работают в аккреционных дисках черных дыр, межзвездном газе и у нейтронных звезд. То, что Parker нашел у нашего светила, поможет расшифровать поведение плазмы во всей Вселенной.