Солнечный ветер — это постоянный поток заряженных частиц, которые вырываются из атмосферы звезды (называемой короной) и обтекают Землю. Столкновение этих частиц с воздухом вокруг нашей планеты вызывает красочное сияние в небе.

"Быстрый" солнечный ветер движется со скоростью более 500 км/с, или 1,8 миллиона км/ч. Любопытно, что на момент, когда поток покидает корону, этот показатель существенно меньше. Иными словами, какая-то сила ускоряет его по мере удаления от звезды. 

Стоит отметить, что солнечный ветер, изначально разогретый до температуры в миллион градусов, естественным образом остывает, увеличиваясь в объеме и становясь менее плотным. То же можно наблюдать и на Земле, когда воздух в атмосфере разрежается по мере увеличения высоты. Однако солнечный ветер остывает медленнее, чем можно было ожидать, если бы на него влиял только этот эффект.

Так что же обеспечивает необходимую энергию для ускорения и нагрева самых быстрых частей солнечного ветра? Данные Solar Orbiter и зонда "Паркер" предоставляют убедительные доказательства того, что ответом могут быть крупномасштабные колебания магнитного поля Солнца. Они также известны как альвеновские волны.

"До этого исследования было предположение, что именно альвеновские волны являются потенциальным источником энергии, но у нас не было окончательных доказательств", — говорит первый соавтор работы Йейми Ривера из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.

В обычном газе, таком как атмосфера Земли, передаются только звуковые волны. Однако когда газ нагревается до необычайных температур, например, в солнечной короне, он переходит в наэлектризованное состояние, известное как плазма. В таком виде он начинает реагировать на магнитные поля. Это позволяет формироваться волнам, называемым альвеновскими. Они накапливают энергию и могут эффективно переносить ее через плазму.

Обычный газ сохраняет энергию в виде плотности, температуры и скорости. Однако в плазме она также накапливается в форме магнитного поля. Измерить и оценить эти характеристики можно, например, при помощи специальных инструментов, установленных на борту как Solar Orbiter, так и аппарата "Паркер".

Хотя два космических корабля работают на разных расстояниях от звезды и на очень разных орбитах, в феврале 2022 года они выровнялись вдоль одного и того же потока солнечного ветра.

В то время на самых внешних слоях короны, на расстоянии 13,3 солнечных радиусов (около 9 миллионов километров) от Солнца работал "Паркер". Он первым пересек исследуемый поток. Solar Orbiter, оказавшийся на расстоянии в 128 солнечных радиусов (89 миллионов километров), попал под воздействие солнечного ветра позднее, через день или два. "Эта научная работа стала возможной только благодаря особому расположению двух космических аппаратов, которые взяли образцы одного и того же потока солнечного ветра на разных этапах его пути от Солнца", — говорит Ривера.

В полной мере воспользовавшись этим редким совпадением, команда ученых сравнила полученные данные. Сначала они преобразовали сделанные космическими аппаратами измерения в четыре ключевые энергетические величины.

Поскольку энергию невозможно ни создать, ни уничтожить, а только преобразовать из одной формы в другую, команда сравнила показания "Паркера" с данными Solar Orbiter. При этом, сравнение было проведено как с учетом магнитной энергии, так и без. Оказалось, что во втором случае суммарное количество энергии не совпадает.

Близко к Солнцу, где измерения делал "Паркер", на магнитное поле приходилось около 10% общей энергии солнечного ветра. В случае с данными Solar Orbiter, эта величина составляла около 1%, однако плазма ускорилась и остыла меньше, чем ожидалось. Сравнив показания приборов, ученые пришли к выводу, что этим процессам способствовала именно потеря магнитной энергии.

В настоящее время команда работает над расширением своего анализа, чтобы применить его к более медленным формам солнечного ветра. Это позволит увидеть, играет ли энергия магнитного поля звезды роль в их ускорении и нагреве.

Исследование было опубликовано в журнале Science.