В новом исследовании физики под руководством Университета Айовы сообщают о первых точных измерениях электрического поля Солнца и о том, как электрическое поле взаимодействует с солнечным ветром, быстро текущим током заряженных частиц, который может влиять на деятельность на Земле. спутники в телекоммуникации.
Физики рассчитали распределение электронов в электрическом поле Солнца, что стало возможным благодаря тому факту, что Parker Solar Probe испустил струю в пределах 0.1 астрономическая единица (AU), или всего лишь 9 миллионов миль от Солнца – ближе, чем приближался любой космический корабль. По распределению электронов физики смогли более четко определить размер, ширину и размах электрического поля Солнца, чем это делалось ранее.
"Я хотел бы подчеркнуть, что эти измерения нельзя проводить вдали от солнца.
Вы можете сделать их только тогда, когда приблизитесь », – говорит Джаспер Халекас, доцент кафедры физики и астрономии в Айове и автор исследования. "Это похоже на попытку понять водопад, глядя на реку в миле ниже по течению. Измерения, которые мы провели при 0.1 AU, мы на самом деле в водопаде. В этот момент солнечный ветер все еще ускоряется.
Это действительно потрясающая среда для жизни."
Электрическое поле Солнца возникает в результате взаимодействия протонов и электронов, образующихся, когда атомы водорода разделяются на части в интенсивном тепле, генерируемом термоядерным синтезом глубоко внутри Солнца. В этой среде электроны с массой в 1800 раз меньше, чем у протонов, вылетают наружу, будучи менее ограниченными гравитацией, чем их более тяжелые протонные братья и сестры.
Но протоны с их положительным зарядом обладают некоторым контролем, сдерживая некоторые электроны из-за знакомых сил притяжения противоположно заряженных частиц.
"Электроны пытаются убежать, но протоны пытаются отвести их назад. И это электрическое поле », – говорит Халекас, соисследователь прибора« Электроны, альфы и протоны солнечного ветра »на борту Parker Solar Probe, миссии под руководством НАСА, запущенной в августе 2018 года. "Если бы не было электрического поля, все электроны устремились бы прочь и исчезли бы. Но электрическое поле удерживает все вместе как один однородный поток."
А теперь представьте электрическое поле Солнца в виде огромной чаши, а электроны – в виде шариков, катящихся по бокам с разной скоростью. Некоторые электроны, или шарики в этой метафоре, достаточно подвижны, чтобы пересечь край чаши, в то время как другие не ускоряются достаточно быстро и в конечном итоге откатываются к основанию чаши.
«Мы измеряем тех, кто возвращается, а не тех, которые не возвращаются», – говорит Халекас. "По сути, существует граница в энергии между теми, кто ускользает из чаши, и теми, которые этого не делают, что можно измерить. Поскольку мы достаточно близко к Солнцу, мы можем провести точные измерения распределения электронов до того, как столкновения произойдут дальше, которые искажают границу и затемняют отпечаток электрического поля."
Из этих измерений физики могут узнать больше о солнечном ветре, о струе плазмы со скоростью в миллион миль в час, исходящей от Солнца, которая омывает Землю и другие планеты Солнечной системы. Они обнаружили, что электрическое поле Солнца оказывает некоторое влияние на солнечный ветер, но меньше, чем предполагалось.
«Теперь мы можем определить, какая часть ускорения обеспечивается электрическим полем Солнца», – говорит Халекас. "Похоже, это небольшая часть общего. Это не главное, что дает толчок солнечному ветру.
Это указывает на другие механизмы, которые могут дать солнечному ветру большую часть энергии."
Статья «Дефицит электронов, обращенных к Солнцу: явный признак электрического потенциала Солнца», была опубликована в Интернете 14 июля в The Astrophysical Journal.
Среди авторов, участвующих в программе, – Лаура Берчич из Университетского колледжа Лондона; Филлис Уиттлси, Дэвин Ларсон, Марк Пулупа и Стюарт Бейл из Калифорнийского университета в Беркли; Матье Бертомье из Университета Париж-Сакле; Джастин Каспер из Мичиганского университета и Смитсоновской астрофизической обсерватории; Энтони Кейс и Майкл Стивенс из Смитсоновской астрофизической обсерватории; и Роберт МакДауэлл из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
НАСА финансировало исследование.