|
Ключ к разгадке тайны нагрева солнечной короны
|
|
|
|
Сайед Аяз, исследователь из Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH), опубликовал в журнале Scientific Reports статью, основанную на более раннем исследовании, в котором рассматривались кинетические волны Альфвена (KAW) в качестве возможного объяснения того, почему солнечная корона, самый внешний слой Солнца, является самой большой в мире.его атмосфера примерно в 200 раз горячее, чем поверхность самого Солнца.
|
|
|
|
Новое исследование, также первое, еще раз подтверждает, что эти электромагнитные явления, распространенные по всей плазменной вселенной, могут оказаться жизненно важными для раскрытия самой большой тайны гелиофизики.
|
|
|
|
"В нашей предыдущей работе мы исследовали взаимодействия волна-частица, сосредоточив внимание на динамике кинетических волн Альфвена в плазме", - отмечает Аяз, аспирант-исследователь Центра космических плазменных и аэрономических исследований (CSPAR) в UAH, входящего в систему Университета Алабамы. "Однако некоторые важные аспекты, такие как распределение энергии KAWs, суммарная резонансная скорость частиц и характерная длина затухания KAWs, остались неизученными".
|
|
|
|
Кинетические волны Альфвена - это колебания заряженных частиц и магнитного поля при их движении через солнечную плазму. Волны образуются в результате движения фотосферы, внешней оболочки Солнца, которая излучает видимый свет. "Затухание" - это физическое явление, возникающее в плазме, когда заряженные частицы взаимодействуют с волновыми электрическими полями, в которых волны передают энергию частицам, что приводит к нагреву плазмы на больших расстояниях.
|
|
|
|
|
|
|
"В этом новом исследовании мы рассмотрели эти критические вопросы, которые не были исследованы в существующей литературе", - говорит Аяз. "Сравнив наши аналитические результаты с данными, полученными с помощью солнечного зонда Parker НАСА и космического аппарата Solar Orbiter Европейского космического агентства, мы обнаружили сильную согласованность, подтверждающую наши теоретические результаты. Примечательно, что эта работа представляет собой первое исследование этих явлений в нетепловой плазме, что знаменует значительный прогресс в понимании динамики KAW в солнечной короне и солнечном ветре".
|
|
Потребность в скорости
|
|
|
|
"Групповая скорость", скорость, с которой энергия волны распространяется в среде, является ключевым фактором в понимании того, как KAWs переносят энергию через различные пространственные области, такие как солнечная корона и солнечный ветер — области, занимающие центральное место в исследованиях Аяза. Эта скорость помогает исследователям изучить поток и распределение энергии волн, позволяя лучше понять ее роль в передаче энергии в астрофизических средах.
|
|
|
|
Одним из важнейших элементов головоломки является точная скорость частиц, называемая резонансной скоростью, после того, как они получают энергию от волн, таких как KAWs.
|
|
|
|
"Когда частицы поглощают энергию от KAWs, с какой скоростью они движутся? Резонансная скорость дает важнейшее представление о потоке и распределении ускорения частиц, позволяя лучше понять его роль в передаче энергии в астрофизических средах", - говорит Аяз.
|
|
|
|
"В нашем текущем исследовании мы выводим аналитические выражения для суммарной резонансной скорости частиц, предлагая количественную меру ускорения частиц. Новое исследование также раскрывает длину затухания KAWs, параметр, который зависит от расстояния, на которое эти волны могут переносить энергию до того, как они затухнут, что дает ценную информацию об эффективности и охвате передачи энергии, опосредуемой KAWs в космической плазме".
|
|
|
|
Все три аспекта — групповая скорость KAWs, суммарная резонансная скорость частиц и длина затухания KAWs — играют ключевую роль в понимании взаимодействия волна-частица в космической плазме.
|
|
|
|
"Феномен суммарной резонансной скорости частиц особенно важен", - говорит Аяз. "Это связано с тем, что он напрямую определяет, как частицы получают энергию от KAWS и как меняется их движение в ответ на эту передачу энергии. Впервые мы вывели обобщенные аналитические выражения для суммарной резонансной скорости частиц, что обеспечивает надежную основу для понимания механизмов ускорения частиц и нагрева в нетепловой плазме, позволяя получить представление как о локальной, так и о крупномасштабной динамике солнечной короны и солнечного ветра".
|
|
|
|
"Сайед провел обширное и очень важное исследование прямого механизма, с помощью которого ионы, особенно протоны, нагреваются магнитными колебаниями, которые прерывают каскад передачи энергии от больших масштабов к малым", - говорит доктор Гэри Занк, заведующий кафедрой космических наук Aerojet/Rocketdyne, а также директор Центра космических исследований. Космическая физика и аэрономические исследования (CSPAR).
|
|
|
|
"KAWs долгое время рассматривался как механизм, с помощью которого магнитная энергия в небольших масштабах преобразуется в тепло, но точный механизм, с помощью которого происходит этот процесс, не был понят. Работа Сайеда предлагает четкое представление о том, как происходит этот процесс".
|
|
|
|
Забегая вперед, отметим, что эта революционная работа закладывает основу для будущих исследовательских проектов, направленных на углубление понимания сложных процессов, происходящих в космической плазменной среде.
|
|
|
|
"Полученные выражения имеют значительную практическую ценность для более широкого научного сообщества, особенно для специалистов по моделированию данных", - заключает Аяз. "Используя эти обобщенные формулы в своих системах кодирования, исследователи могут моделировать более точные модели взаимодействия волн и частиц, улучшая предсказания явлений космической погоды.
|
|
|
|
"Такая междисциплинарная применимость подчеркивает потенциал наших открытий для продвижения не только теоретической физики плазмы, но и ее практического применения в вычислительной астрофизике и за ее пределами".
|
|
|
|
Источник
|
