Pochodzi ze Słońca. Skąd wzięła się energia wiatru słonecznego?

Wiatr słoneczny jest strumieniem plazmy, jest zjawiskiem, które wielu wydaje się nieznane, ale dobrze rozpoznajemy efekty jego działania. Należą do nich bowiem m.in. zorze polarne. Najnowsze informacje tłumaczą, skąd pochodzi jego energia.

Zgodnie z najnowszymi odkryciami, do których przyczyniły się misje kosmiczne Solar Orbiter prowadzone przez Europejską Agencję Kosmiczną oraz Parker Solar Probe NASA, naukowcy są obecnie bliżej zrozumienia, jakie procesy są odpowiedzialne za generowanie energii podgrzewającej i przyspieszającej wiatr słoneczny. Wpływ na to zjawisko mają fluktuacje pola magnetycznego.

O tych wynikach badań poinformowano w oficjalnym komunikacie Europejskiej Agencji Kosmicznej. Natomiast szczegółowe analizy opublikowano w czasopiśmie naukowym "Science".

Wiatr słoneczny, będący strumieniem rozpędzonych cząstek wyrzucanych z atmosfery Słońca, oddziałuje z ziemską atmosferą tworząc spektakularne zjawiska na niebie. To z jego powodu powstają zorze polarne.

Rozróżniamy wiatr słoneczny o różnej prędkości - szybszy może poruszać się z prędkością 500 km/s, co przekłada się na około 1,8 mln km/h. Wiatr opuszcza jednak Słońce z niższą prędkością. Wiadomo zatem, że po drodze coś musi go napędzać, zwłaszcza, że temperatura tego wiatru pozostaje wyjątkowo wysoka nawet na dużym dystansie od źródła.

Na początku wiatr słoneczny ma temperaturę miliona stopni Celsjusza. Gdy ekspanduje do większej objętości, maleje jego gęstość. Zmiany temperatury są jednak wolniejsze, niż przypuszczali naukowcy. Oznacza to, że coś musi dostarczać energię niezbędną do podgrzania i przyspieszenia składników wiatru słonecznego.

W najnowszej publikacji w "Science", zespół naukowców zaprezentował dowody sugerujące, że za dostarczanie energii potrzebnej do ogrzewania i przyspieszenia wiatru słonecznego odpowiadają fale Alfvéna. Są to oscylacje wielkoskalowe w polu magnetycznym Słońca. Już wcześniej wskazywano je jako potencjalną przyczynę takiego stanu rzeczy, ale brakowało na to dowodów.

Plazma, czyli stan materii charakterystyczny dla wiatru słonecznego, różni się od zwykłych gazów m.in. wrażliwością na pola magnetyczne, co umożliwia rozchodzenie się fal Alfvéna. Te przechowują energię i mogą przekazywać ją do plazmy.

Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych instrumentów umieszczonych na pokładach sond Solar Orbiter i Parker Solar Probe, możliwa była dokładna analiza właściwości plazmy, w tym jej pola magnetycznego. W lutym 2022 r. obie sondy znajdowały się wzdłuż tego samego strumienia wiatru słonecznego, lecz ustawione były w różnej odległości od Słońca.

Dzięki takiej konfiguracji, możliwe było porównanie danych z obu misji. Przyjrzano się zmianom w energii plazmy, biorąc pod uwagę obecność oraz brak pola magnetycznego. Z obserwacji wynika, że blisko Słońca około 10 proc. energii było zmagazynowane w polu magnetycznym, podczas gdy dalej w przestrzeni kosmicznej, już tylko 1 proc.

Poczynione obserwacje dostarczają cennych informacji o mechanizmach odpowiedzialnych za rozpędzanie wiatru słonecznego oraz utrzymywanie jego wysokiej temperatury w dużych odległościach od Słońca. Wyniki te są krokiem milowym w kierunku głębszego poznania zjawisk słonecznych i ich wpływu na przestrzeń międzyplanetarną.

Wiatry i burze słoneczne są zjawiskami widowiskowymi z perspektywy ziemskiej. Przynoszą one jednak zróżnicowane skutki, m.in. wpływają na czas podróży ptaków. Mogą być jednak niebezpieczne.

Jednym z najważniejszych zagrożeń są zakłócenia w systemach komunikacyjnych. Na przykład, silne burze słoneczne mogą wpłynąć na funkcjonowanie satelitów, co z kolei może prowadzić do problemów z nawigacją GPS, telekomunikacją, a nawet nadawaniem telewizyjnym i radiowym.

Innym skutkiem burz słonecznych mogą być problemy z siecią energetyczną. Podczas silnych burz geomagnetycznych, przewodniki energetyczne mogą przechodzić przeciążenia, co może prowadzić do awarii transformatorów i innych komponentów sieci. W skrajnych przypadkach może to doprowadzić do przerw w dostawie prądu na dużą skalę, co miało miejsce w Quebecu w 1989 r., kiedy to burza geomagnetyczna spowodowała 9-godzinną przerwę w zasilaniu dla milionów ludzi.