Магнитни вълни разкриват тайната на слънчевата корона

Учени постигнаха значителен пробив в слънчевата физика, като откриха първото пряко доказателство за маломащабни торзионни Алфвенови вълни в короната на Слънцето. Тези трудно уловими магнитни вълни, теоретизирани още през 40-те години на XX век, отдавна се смятат за ключов фактор в нагряването на външната атмосфера на звездата, пише онлайн изданието ScienceDaily.

Откритието, публикувано на 24 октомври в Nature Astronomy, е постигнато с помощта на мощния слънчев телескоп „Даниел К. Иноуе“ на Националната научна фондация на САЩ, разположен в Хавай. С него учените може би най-сетне намират обяснение защо външният слой на Слънцето – короната – достига температури от милиони градуси, докато повърхността му остава около 5 500°C.

Алфвеновите вълни са магнитни вибрации, които се разпространяват в плазмата. Нобеловият лауреат Ханес Алфвен е първият, който започва да предполага за тяхното съществуване през 40-те години на миналия век.

По-големи версии на тези вълни са наблюдавани и преди, често свързани със слънчеви изригвания. Новото наблюдение обаче е първото пряко доказателство за по-малките, постоянно присъстващи усукани вълни, които може би осигуряват непрекъсната енергия за Слънцето.

Проучването е ръководено от професор Ричард Мортън от Университета Нортъмбрия, стипендиант по програмата UKRI Future Leader. Той обяснява: „Това откритие слага край на дългогодишното търсене на тези вълни, започнало още през 40-те години. Най-накрая успяхме да наблюдаваме директно торзионните движения, които усукват магнитните линии в короната.“

Откритието е възможно благодарение на Cryo-NIRSP – криогенния спектрополариметър в близкия инфрачервен диапазон, част от телескопа „Иноуе“. Това е най-усъвършенстваният инструмент, създаван някога за изучаване на слънчевата корона. Той може да засича изключително фини структури в атмосферата на Слънцето и да измерва дори най-леките движения на плазмата.

Огледалото на телескопа е с диаметър 4 метра – четири пъти по-голямо от това на предишни слънчеви телескопи – което го прави най-мощното съоръжение от този тип. Телескопът се управлява от Националната слънчева обсерватория на NSF и е резултат от над 20 години международно сътрудничество. Университетът Нортъмбрия участва чрез британски консорциум, който е проектирал камери за видимия широколентов образовател на телескопа, като надгражда дългогодишния си опит в слънчевите изследвания.

Проф. Мортън получава време за наблюдение, докато телескопът все още е в тестов режим. С помощта на Cryo-NIRSP екипът му проследява движението на желязо в короната, нагрято до невероятните 1,6 милиона градуса по Целзий.

Ключът към идентифицирането на усуканите вълни идва от нови методи за анализ на данни, разработени от Мортън. Той обяснява: „Движението на плазмата в короната на Слънцето е доминирано от люлеещи се движения. Те прикриват торзионните движения, затова трябваше да разработя метод за премахване на люлеенето, за да открия усукването.“

За разлика от по-познатите „вълни на прегъване“, които карат цели магнитни структури да се люлеят и могат да се видят на видеа, торзионните Алфвенови вълни създават фино усукване, което може да се засече само чрез спектроскопия. Това означава, че учените трябва да измерят как плазмата се движи към и от Земята, което създава характерни червени и сини модели от двете страни на магнитните структури.

Откритието хвърля нова светлина върху функционирането на атмосферата на Слънцето. Короната, видима по време на пълни слънчеви затъмнения, може да достигне над един милион градуса по Целзий – достатъчно, за да изстрелва заредени частици като слънчев вятър, който изпълва Слънчевата система.

В изследването участват учени от Пекинския университет (Китай), KU Leuven (Белгия), Университета "Кралица Мери" в Лондон, Китайската академия на науките и Националната слънчева обсерватория на NSF в Хавай и Колорадо – доказателство за широкото международно сътрудничество.

Разбирането на поведението на Алфвеновите вълни има практическо значение за прогнозиране на космическото време. Слънчевият вятър носи магнитни смущения, които могат да нарушат работата на GPS, сателити, както и да повлияят на електрическите мрежи на Земята. Новооткритите вълни може да обяснят и т.нар. „магнитни обратни завои“ – енергийни изблици в слънчевия вятър, засечени наскоро от космическия апарат Parker Solar Probe на NASA.

„Това изследване предоставя ключова валидация на редица теоретични модели, които описват как турбуленцията от Алфвенови вълни захранва слънчевата атмосфера“, допълва проф. Мортън. „Преките наблюдения най-накрая ни позволяват да тестваме тези модели спрямо реалността.“

Екипът очаква откритието да предизвика допълнителни изследвания върху това как тези вълни се разпространяват и разсейват енергия в короната. Способността на Cryo-NIRSP да предоставя висококачествени спектри отваря нови възможности за изучаване на вълновата физика в слънчевата атмосфера.

Изследването е подкрепено от програмата UKRI Future Leaders Fellowships, Националната природонаучна фондация на Китай и програмата „Хоризонт Европа“ на Европейския съюз.