Представлены доказательства существования мелкомасштабных закручивающихся Альвеновских волн, которые закручивают магнитные силовые линии в солнечной короне

Открытие помогает понять, как магнитные волны нагревают внешнюю атмосферу Солнца до миллионов градусов

Несмотря на то что Солнце давно изучено, один из ключевых механизмов переноса энергии — торсионные (закручивающие) Альфвеновские волны — до настоящего времени не были надёжно зарегистрированы в короне.

Недавно учёным удалось получить прямые наблюдения этих мелкомасштабных колебаний. Исследование проведено с помощью уникального спектрополяриметра крупнейшего солнечного телескопа Daniel K. Inouye на Гавайях с четырёхметровым зеркалом.

Эти волны, предсказанные лауреатом Нобелевской премии Ханнесом Альфвеном в 1942 году, обладают способностью переносить энергию через плазму и считаются возможным источником сверхвысоких температур в короне. В отличие от известных более крупных магнитных волн, вызывающих колебания всей структуры, мелкомасштабные торсионные волны изменяют магнитное поле, закручивая его, что можно определить только по специальному спектроскопическому анализу движения плазмы.

Иллюстрация: NSF / NSO / AURA / J. Williams

а) Изображение солнечной короны, полученное с помощью инструмента Atmospheric Imaging Assembly (AIA) на борту космического аппарата Solar Dynamics Observatory в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне, служащее контекстом для данных спектрополяриметра Cryo-NIRSP. Окружность обозначает поле зрения телескопа DKIST, а пунктирная красная линия — приблизительное расположение щели Cryo-NIRSP. б) Отфильтрованные данные интенсивности линейных спектров с применением фильтра и метода устранения нечёткости. Они демонстрируют мелкомасштабные структуры короны, подвергающиеся поперечным смещениям. Вертикальные полосы отражают переменчивость качества наблюдений, вызванную атмосферными условиями. в) Данные доплеровских скоростей с вычитанием временного среднего для каждой серии измерений. Эти данные показывают движения плазмы в короне, выявленные по сдвигам линий спектра.
Источник: R. J. Morton, Y. Gao, E. Tajfirouze, H. Tian, T. Van Doorsselaere & T. A. Schad

Астрономы сосредоточились на спокойной короне Солнца и на больших потоках плазмы, движущихся вдоль тонких магнитных трубок (100-1000 км в поперечнике). В них искали характерные сигналы: боковые сдвиги по лучу зрения, красные и синие смещения на противоположных сторонах трубки, что соответствует вращению (торсионному движению) магнитного поля.

Авторы наблюдений разработали новый метод отделения кручения от обычных колебаний, что стало ключом к успеху. Самые чувствительные приборы телескопа позволили зафиксировать движение плазмы, разогретой до 1,6 миллиона градусов Цельсия, и оценить энергию, переносимую этими волнами.

Открытие имеет огромное значение для астрофизики и прогноза космической погоды, так как солнце и его корона влияют на работу спутников, GPS-систем и энергетических сетей на Земле. Мелкомасштабные Альвеновские волны могут быть источником известных «магнитных переключений» в солнечном ветре — быстрых изменений магнитного поля, недавно зафиксированных космическим аппаратом Parker Solar Probe.

Подтверждение существования и свойств этих волн впервые позволяет применять сложные теоретические модели для анализа нагрева короны и передачи энергии в солнечной атмосфере. Дальнейшее исследование этих процессов откроет новые горизонты в понимании динамики магнитных полей и плазмы, что важно как для фундаментальной науки, так и для практики космической безопасности.