Физики впервые точно измерили электрическое поле солнца

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 человека на Земле, - пишет eurekalert.org со ссылкой на The Astrophysical Journal.

Физики рассчитали распределение электронов в электрическом поле Солнца, что стало возможным благодаря тому факту, что Parker Solar Probe пролетел в пределах 0,1 астрономической единицы (AU), или всего 9 миллионов миль, от Солнца - ближе, чем когда-либо проходил космический корабль. По распределению электронов физики смогли более четко определить величину электрического поля Солнца, чем это делалось раньше.

«Ключевой момент, который я хотел бы сделать, это то, что вы не можете проводить эти измерения вдали от Солнца. Вы можете сделать их только тогда, когда подойдете близко, - говорит Джаспер Халекас, доцент кафедры физики и астрономии в Айове. - Это все равно что пытаться понять водопад, глядя на реку в миле ниже по течению. Совершая измерения, которые мы сделали на 0,1 а.е., мы находились именно на водопаде. В этой точке солнечный ветер все еще ускоряется. Это действительно потрясающе – быть внутри этого».

Электрическое поле Солнца возникает в результате взаимодействия протонов и электронов, возникающих при разделении атомов водорода на части при очень высоких температурах, генерируемых термоядерным синтезом глубоко внутри Солнца. В этой среде электроны с массой в 1800 раз меньше, чем у протонов, вылетают наружу, будучи менее сдержанными гравитацией, чем их более тяжелые протонные братья и сестры. Но протоны с их положительным зарядом сдерживают некоторые электроны из-за известных нам сил притяжения противоположно заряженных частиц.

«Электроны пытаются убежать, но протоны оттягивают их назад. И это создает электрическое поле, - говорит Халекас, соисследователь прибора «Электроны, альфы и протоны солнечного ветра» на борту солнечного зонда Паркер (НАСА), запущенного в августе 2018 года. - Если бы не было электрического поля, все электроны устремились бы прочь и исчезли. Но электрическое поле удерживает все вместе как однородный поток».

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 те электроны, которые откатываются, а не те, которые пересекли край, - говорит Халекас. - По сути, существует граница в энергии между теми, которые покидают чашу, и теми, которые этого не делают, и ее можно измерить. Поскольку мы достаточно близки к Солнцу, мы можем проводить точные измерения распределения электронов до того, как произойдут столкновения, которые искажают границу и затемняют отпечаток электрического поля».

Из этих измерений физики могут узнать больше о солнечном ветре - потоке плазмы со скоростью 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 меньшее, чем предполагалось.

«Теперь мы можем определить, какая часть ускорения обеспечивается электрическим полем Солнца, - говорит Халекас. - Похоже, что это электрическое поле – не главная сила, дающая толчок солнечному ветру, что также указывает на другие механизмы, которые могут давать солнечному ветру большую часть энергии».

[Фото: eurekalert.org]