|
Первое наблюдение плазменной волны на Солнце
|
|
|
|
Впервые ученые наблюдали плазменные волны от солнечной вспышки, сфокусированные корональной дырой, сродни фокусировке звуковых волн, ответственных за эффект Ротонды в архитектуре, или фокусировке света с помощью телескопа или микроскопа. Открытие, опубликованное в Nature Communications, может быть использовано для диагностики свойств плазмы, включая "солнечные цунами", генерируемые солнечными вспышками, а также для исследования фокусировки плазменных волн в других астрономических системах. Солнечная корона - это самая внешняя часть атмосферы Солнца, область, состоящая из магнитных плазменных петель и солнечных вспышек. Состоящее в основном из заряженных ионов и электронов, оно простирается в пространстве на миллионы километров и имеет температуру более миллиона Кельвинов и особенно заметно во время полного солнечного затмения, когда его называют "огненным кольцом".
|
|
|
|
Магнитогидродинамические волны в короне - это колебания электрически заряженных жидкостей под воздействием магнитных полей Солнца. Они играют фундаментальную роль в короне, нагревая корональную плазму, ускоряя солнечный ветер и генерируя мощные солнечные вспышки, которые покидают корону и улетают в космос. Ранее наблюдалось, что они подвергаются типичным волновым явлениям, таким как преломление, пропускание и отражение в короне, но до сих пор не наблюдалось, чтобы они фокусировались. Используя данные наблюдений высокого разрешения со спутника НАСА Solar Dynamics Observatory, который наблюдает за Солнцем с 2010 года, исследовательская группа, состоящая из ученых из нескольких китайских институтов и одного из Бельгии, проанализировала данные о солнечной вспышке 2011 года. Вспышка вызвала интенсивные, почти периодические возмущения, которые распространялись по поверхности Солнца. Данные, которые были получены в виде магнитогидродинамических волн, показали серию дугообразных волновых фронтов с центром вспышки в центре.
|
|
|
Этот волновой поток распространился к центру солнечного диска и прошел через корональную дыру — область относительно холодной плазмы — на низкой широте относительно солнечного экватора со скоростью около 350 километров в секунду. Корональная дыра - это временная область холодной, менее плотной плазмы в солнечной короне; здесь магнитное поле Солнца распространяется в космос за пределы короны. Часто расширенное магнитное поле возвращается к короне в область противоположной магнитной полярности, но иногда магнитное поле позволяет солнечному ветру улетучиваться в космос гораздо быстрее, чем поверхностная скорость волны. В этом наблюдении, когда волновые фронты проходили через дальний край корональной дыры, первоначальная дугообразная форма волновых фронтов изменилась на антидуговую, а кривизна изменилась на 180 градусов, превратившись из изогнутой наружу в седловидную. Затем они сходились в точку, сфокусированную на дальней стороне корональной дыры, напоминая световую волну, проходящую через сходящуюся линзу, причем форма корональной дыры действовала как магнитогидродинамическая линза.
|
|
|
|
Численное моделирование с использованием свойств волн, короны и корональной дыры подтвердило, что конвергенция была ожидаемым результатом. Группа смогла определить изменение амплитуды интенсивности волн только после того, как волновой поток — серия движущихся волновых фронтов — прошел через корональную дыру. Как и ожидалось, интенсивность (амплитуда) магнитогидродинамических волн увеличилась от отверстия к фокальной точке от двух до шести раз, а плотность потока энергии увеличилась почти в семь раз от области предварительной фокусировки к области вблизи фокальной точки, что свидетельствует о том, что корональная дыра также фокусировала энергию, точно так же, как выпуклая телескопическая линза. Точка фокусировки находилась примерно в 300 000 км от края корональной дыры, но фокусировка не идеальна, поскольку форма корональной дыры не точна. Таким образом, можно ожидать, что такого рода магнитогидродинамическое линзирование будет происходить с планетными, звездными и галактическими образованиями, во многом подобно гравитационному линзированию света (с разными длинами волн), которое наблюдалось вокруг некоторых звезд.
|
|
|
|
Хотя ранее наблюдались такие явления солнечной магнитогидродинамики, как преломление, пропускание и отражение в короне, это первый эффект линзирования таких волн, который наблюдался непосредственно. Считается, что эффект линзирования обусловлен резкими изменениями (градиентами) температуры короны, плотности плазмы и напряженности магнитного поля Солнца на границе корональной дыры, а также особой формой дыры. Учитывая это, численное моделирование объяснило эффект линзирования с помощью методов классической геометрической акустики, используемых для объяснения поведения звуковых волн, сродни геометрической оптике световых волн. "Корональная дыра действует как естественная структура для фокусировки энергии магнитогидродинамической волны, подобно научной книге о трении [и фильму] "Проблема трех тел", в которой солнце используется в качестве усилителя сигнала", - сказал соавтор Дин Юань из Шэньчжэньской ключевой лаборатории численного моделирования. Прогноз космического шторма в Харбинском технологическом институте в провинции Гуандун, Китай.
|
|
|
|
Источник
|
