Burza słoneczna zaskoczyła badaczy. Wiatr słoneczny 10 razy cieplejszy niż sądzono
Burza słoneczna może być cieplejsza, niż oczekiwano. Najnowsze badania naukowców z Uniwersytetu Wisconsin-Madison rzucają nowe światło na zagadnienia dotyczące temperatury wiatru słonecznego. - Gdy dociera do Ziemi, jest 10 razy cieplejszy - twierdzą fizycy.
Burza słoneczna to jedno z tych zjawisk, które od wielu lat nie dają spokoju naukowcom z całego świata. Tzw. "koronalne wyrzuty masy" ze Słońca powstające w trakcie rozbłysków wywołują diametralne zmiany parametrów wiatru słonecznego.
Fizycy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison postanowili po raz kolejny przeprowadzić badania dotyczące owego wiatru. Ich analizy rzuciły nowe światło na sposoby badania zjawisk związanych z wiatrem w warunkach laboratoryjnych.
- Po otwarciu gaśnicy sprężony dwutlenek węgla tworzy kryształy lodu wokół jego dyszy. To idealny przykład zasady fizyki, zgodnie z którą gazy i plazmy ochładzają się podczas rozszerzania. Gdy nasze Słońce wydala plazmę w postaci wiatru słonecznego, wiatr również chłodzi się, gdy rozszerza się w przestrzeni - jednak nie tak bardzo, jak przewidują to prawa fizyki - czytamy w badaniu opublikowanym na łamach czasopisma naukowego "Proceedings of National Academy of Sciences".
- Ludzie badają wiatr słoneczny od czasu jego odkrycia w 1959 roku, jednak wciąż istnieje wiele ważnych właściwości tej plazmy, które nie zostały dobrze poznane. Początkowo naukowcy uważali, że wiatr słoneczny musi bardzo szybko stygnąć, gdy rozszerza się po wyrzuceniu ze Słońca. Pomiary satelitarne pokazują jednak, że gdy dociera on do Ziemi, jego temperatura jest nawet 10 razy wyższa niż oczekiwano. Pojawia się podstawowe pytanie, dlaczego tak się dzieje? - mówi Stas Boldyrev, profesor fizyki i główny autor badań.
Najnowsze badania naukowców
Jak możemy przeczytać w raporcie, plazma słoneczna to mieszanka ujemnie naładowanych elektronów i dodatnio naładowanych jonów. Taki ładunek elektryczny może oddziaływać z polami magnetycznymi rozciągającymi się daleko w przestrzeni kosmicznej, generowanymi pod powierzchnią słoneczną. Podczas gdy gorąca plazma ucieka z korony (najbardziej zewnętrznej atmosfery Słońca), przepływa przez przestrzeń kosmiczną dokładnie jak wiatr słoneczny. Elektrony obecne w plazmie są o wiele lżejsze niż jony, stąd poruszają się tam około 40 razy szybciej.
Kiedy ujemnie naładowane elektrony oddalają się, centrum naszego Układu Słonecznego przyjmuje ładunek dodatni. Stanowi to znaczne utrudnienie dla elektronów chcących uciec przed elektrycznym oddziaływaniem Słońca. Niektóre z nich, z racji na posiadanie większej energii mają lepsze szansę na podróżowanie w większych odległościach. Elektrony o mniejszej energii nie są w stanie uciec przed ładunkiem dodatnim Słońca, wskutek czego są do niego przyciągane z powrotem. Kiedy to się dzieje, część z nich może się lekko odchylić na swoich trajektoriach poprzez zderzenie z otaczającą je plazmą.
- Istnieje fundamentalne zjawisko dynamiczne, w którym cząstki, których prędkości nie są wyraźnie zrównane z liniami pola magnetycznego, nie są w stanie przenieść się w obszar silnego pola magnetycznego. Te powracające elektrony odbijają się tak, że oddalają się od Słońca, jednak nie mogą od niego całkiem uciec z powodu jego przyciągającej siły elektrycznej. Ich przeznaczeniem jest więc odbijanie się tam i z powrotem. W ten sposób tworzą one dużą populację tak zwanych elektronów uwięzionych - wyjaśnia Boldyrev.
Temperatura wiatru słonecznego
Próbując wyjaśnić obserwacje temperatury wiatru słonecznego, naukowcy postanowili poszukiwać odpowiedzi w dziedzinie fizyki plazmy. - Gdy naładowane cząsteczki w plazmie przemieszczają się wzdłuż linii pola, docierają do wąskiego gardła i linie pola magnetycznego są zaciśnięte. Obszar działa wtedy jak lustro, odbijając cząstki z powrotem do maszyny - czytamy w publikacji naukowej. Boldyrev zaznacza, że nawet wtedy niektóry cząstki mogą uciec.
Fizycy chcą utrzymać plazmę w bardzo wysokiej temperaturze w laboratorium i poznać odpowiedź na pytanie, w jaki sposób temperatura elektronów uciekających z "wąskiego gardła" obniża się już poza tym obszarem. W opinii Boldyreva jest to sytuacja identyczna do tej zachodzącej w wietrze słonecznym, który rozpościera się poza Słońcem.
Naukowcy stwierdzili, że mogliby zastosować tę samą teorię do opisu wiatru słonecznego. - W przypadku wiatru słonecznego gorące elektrony oddalają się od Słońca na bardzo duże odległości, tracąc powoli energię i przekazując ją do uwięzionej populacji elektronów w polu magnetycznym. Okazuje się, że nasze wyniki zgadzają z pomiarami obserwowanych profili temperatury w wietrze słonecznym. Mogą one wyjaśniać, dlaczego temperatura elektronów spada tak bardzo powoli wraz z odległością od Słońca - twierdzi Boldyrev.