Перераспределение энергии среди популяции захваченных электронов не дает потоку плазмы, исходящему от Солнца, остывать достаточно быстро.

Когда работает огнетушитель, диоксид углерода, вырывающийся из него, образует вокруг сопла кристаллы, похожие на лед. Это наглядно демонстрирует физический принцип, согласно которому газ и плазма при расширении охлаждаются. Солнечный ветер — исходящий из короны поток гелиево-водородной плазмы — ведет себя так же. Однако его охлаждение происходит не так интенсивно, как предсказывают физические законы.

В статье, опубликованной в издании Proceedings of the National Academy of Sciences, физики из Висконсинского университета в Мэдисоне дают объяснение необычным свойствам этого потока. «Люди изучали солнечный ветер с момента его открытия в 1959 году, но есть много важных свойств этой плазмы, которые до сих пор не совсем понятны, — говорит Стас Болдырев, ведущий автор исследования. — Изначально исследователи думали, что солнечный ветер должен очень быстро остывать при удалении от Солнца, но спутниковые измерения показывают, что при достижении Земли его температура в 10 раз превышает ожидаемую. Итак, фундаментальный вопрос: почему он не остывает?»

Солнечный ветер состоит в основном из электронов, протонов и ядер гелия. Этот поток частиц подвержен влиянию магнитных полей, генерируемых под поверхностью Солнца. Электроны, как самые легкие частицы, движутся быстрее остальных. Некоторые из них, у которых больше энергии, путешествуют практически на бесконечные расстояния. Другие электроны не могут оторваться далеко от звезды и в определенный момент начинают возвращаться обратно: при этом их траектории могут заметно меняться при взаимодействии с другими компонентами солнечного ветра.

«Частицы, вектор скорости которых отклоняется от линий магнитного поля, не могут перемещаться в область сильного поля», — поясняет Болдырев. Это значит, что некоторые электроны не возвращаются обратно к центру звезды, а пополняют популяцию так называемых захваченных частиц. «Их судьба — постоянно прыгать туда-сюда», — лаконично подытоживает ученый.

Оказалось, именно этот эффект лежит в основе феномена медленного остывания солнечного ветра. А понять это ученым помогли эксперименты по удержанию плазмы. Для опытов были построены специальные аппараты, в которых частицы проходили через своеобразное «бутылочное горлышко» магнитного поля, где силовые линии приближались друг к другу. Часть электронов прорывается дальше, но большинство из них отражается обратно внутрь машины.

Изучение процессов, проходящих внутри аппаратов для удержания плазмы, показали, что высокоэнергетические электроны — образно говоря, самые горячие — способны очень медленно перераспределять свою энергию по захваченным электронам, нагревая их. По словам ученых, эти результаты хорошо согласуются с данными измерений температуры солнечного ветра.

источник