Астрономы обнаружили звуковые волны вблизи Солнца

Специалисты Пущинской радиоастрономической обсерватории Астрокосмического центра ФИАН совместно с коллегами проанализировали данные радиозондирования солнечного ветра, полученные в ходе многолетних международных космических экспериментов. Исследователи впервые в мире обнаружили, что в зоне ускорения околосолнечной плазмы постоянно присутствуют волны звукового типа с выделенными периодами 5-минутного диапазона, играющие важную роль в энергетическом балансе солнечной короны и солнечного ветра. Результаты работы прокомментировал заместитель директора ПРАО АКЦ ФИАН, доктор физико-математических наук Игорь Чашей.

Солнечный ветер - это непрерывно истекающий из Солнца поток плазмы. Его скорость у орбиты Земли значительно превосходит скорость звука и составляет 400-800 км/с. Солнечный ветер был теоретически предсказан и почти сразу же открыт экспериментально (советский космический аппарат «Луна-2») в 1959 году. Основной причиной возникновения солнечного ветра является высокая, достигающая миллионов градусов, температура солнечной короны, более чем в сто раз превосходящая температуру видимой поверхности Солнца (фотосферы). Скорость солнечного ветра в короне невелика, но по мере удаления от Солнца она нарастает. Прекращается ускорение на расстоянии около 0,1 астрономической единицы (1 а.е. = 150 миллионов км, это расстояние от Солнца до Земли). Несмотря на более чем сорокалетнюю историю активных исследований, механизмы нагрева короны и ускорения солнечного ветра окончательно не выяснены.

Согласно одной из гипотез, плазма солнечной короны нагревается и ускоряется магнитогидродинамическими волнами, возникающими вблизи поверхности Солнца. Такие волны с характерным периодом около 5 минут были обнаружены по наблюдениям в оптическом диапазоне. Позднее волны с близкими периодами обнаружили и в корональной плазме. Однако было неясно, к какому типу они относятся и могут ли выходить за пределы короны. Кроме того, точно не известно, каким образом происходит разгон плазмы солнечного ветра.

В области ускорения солнечного ветра локальные измерения бортовыми приборами космических аппаратов пока невозможны. Здесь используется предложенный и впервые реализованный в начале 50-х годов сотрудником ФИАНа В.В. Виткевичем метод радиопросвечивания. Если радиоизлучение от источника (расположенного так, что исследуемая область находится между ним и наблюдателем) проходит через солнечный ветер, то параметры радиоволн - амплитуда, фаза, частота - испытывают флуктуации во времени. Измеряя их, можно получать информацию о плазме солнечного ветра в областях, недоступных для прямых измерений. Радиопросвечивание сигналами космических аппаратов проводится в периоды, когда линия, соединяющая Землю и аппарат, проходит достаточно близко к Солнцу. Россия таких аппаратов сейчас не имеет, но благодаря международной кооперации наши ученые участвуют в обработке и анализе результатов. В исследовании заняты специалисты из Германии (Боннский, Кельнский и Дрезденский университеты) и команда, обеспечивающая функционирование глобальной сети следящих станций (крупные радиотелескопы) дальней космической связи НАСА. Сотрудники ФИАНа и Института радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН в течение многих лет участвовали в экспериментах радиопросвечивания, которые проводились с использованием аппаратов ULYSSES (единственный аппарат, пролетавший над полюсами Солнца) , GALILEO (искусственный спутник Юпитера), MARS-EXPRESS (искусственный спутник Марса), VENUS-EXPRESS (искусственный спутник Венеры), ROSETTA (аппарат, посланный к комете Чурюмова-Герасименко). На приемных антеннах измерялись флуктуации частоты просвечивающих сигналов и для различных областей околосолнечной плазмы вычислялись и анализировались временные спектры флуктуаций частоты, которые связаны с характеристиками флуктуаций плотности плазмы в солнечном ветре.

«На основе анализа данных аппарата MARS-EXPRESS мы обнаружили в спектрах флуктуаций частоты квазипериодические флуктуации. А в 2010 году был завершен анализ данных по другим аппаратам, подтвердивший присутствие таких флуктуаций с периодами 3-5 минут. Полученные данные относятся к малоизученной области расстояний от Солнца менее 0,1 а.е. Мы показали, что в области ускорения солнечного ветра постоянно присутствуют волны звукового типа с выделенными периодами 5-минутного диапазона. А флуктуации такого диапазона могут переносить энергию из короны в область разгона плазмы и служить дополнительным источником ускорения для солнечного ветра», - говорит Игорь Чашей.

Эти результаты получены впервые в мире. Фактически результат состоит в доказательстве утверждения о том, что флуктуации 5-минутного диапазона могут переносить энергию из короны в область разгона плазмы и служить дополнительным источником ускорения, необходимым для формирования солнечного ветра с наблюдаемыми свойствами. Механизмы разогрева солнечной короны и формирования солнечного ветра весьма актуальны, для жителей европейской части России об этом убедительно напомнила аномальная жара лета 2010.