Физики впервые подробно изучили электрическое поле Солнца

В новом исследовании физики сообщают о первых точных измерениях электрического поля Солнца и о том, как электрическое поле взаимодействует с солнечным ветром, быстро текущим потоком заряженных частиц, который может влиять на деятельность человека на Земле.

Ученые рассчитали распределение электронов в электрическом поле Солнца, что стало возможным благодаря тому факту, что зонд Parker Solar Probe пролетел в пределах 0,1 астрономической единицы (а.е.), или всего в 15 миллионов км от Солнца — ближе, чем любой другой космический аппарат.

По распределению электронов физики смогли более четко определить размер электрического поля Солнца, чем это было возможно ранее.

«Ключевой момент, который я хотел бы отметить, это то, что вы не можете проводить такие измерения вдали от Солнца. Вы можете сделать их только тогда, когда приблизитесь к нему», — говорит Джаспер Халекас, автор исследования.

«Это все равно, что пытаться понять водопад, глядя на реку в миле ниже по течению. Измерения, которые мы сделали на 0,1 а.е., говорят о том, что мы на самом деле находимся в водопаде. В этот момент солнечный ветер все еще ускоряется. Это действительно просто потрясающая среда».

Электрическое поле Солнца возникает в результате взаимодействия протонов и электронов, возникающих при разделении атомов водорода 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 сдержанными гравитацией, чем их более тяжелые протонные собратья. Но протоны с их положительным зарядом обладают некоторым контролем, сдерживая некоторые электроны из-за знакомых сил притяжения противоположно заряженных частиц.

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 улетают», — говорит Джаспер 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 точно измерить распределение электронов».

Из этих измерений физики могут больше узнать о солнечном ветре — потоке плазмы, летящей со скоростью миллион километров 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 Джаспер Халекас. «Похоже, что это небольшая часть от общего числа. Это не главное, что дает толчок солнечному ветру. Но оно также указывает на другие механизмы, которые могут давать большую часть энергии солнечному ветру».

Статья об исследовании была опубликована в Astrophysical Journal.