Слънчевите ветрове, нагряващи Земята, са по-топли отколкото трябва и изглежда вече знаем защо

Нашата планета непрекъснато е обливана от ветрове, идващи от Слънцето. Но въпреки че самото Слънце е изключително горещо, след като слънчевите ветрове достигнат Земята, те са по-горещи, отколкото би трябвало да бъдат – и най-накрая може би учените знаят защо.

Частиците, изграждащи плазмата на хелиосферата на Слънцето, се охлаждат, докато се разпространяват. Проблемът е, че температурата намалява далеч по-бавно, отколкото прогнозират моделите.

„Хората изучават слънчевия вятър от откриването му през 1959 г., но има много важни свойства на тази плазма, които все още не са добре разбрани“, казва физикът Стас Болдирев от Университета на Уисконсин – Медисън.

„Първоначално изследователите смятали, че слънчевият вятър трябва да се охлажда много бързо, тъй като се разширява от Слънцето, но сателитните измервания показват, че когато достигне Земята, температурата му е 10 пъти по-висока от очакваната.“

Изследователският екип използва лабораторно оборудване за изследване на движеща се плазма и сега смятат, че отговорът на проблема се крие в морето от електрони, което просто не може да избяга от хватката на Слънцето.

Самият процес на разширяване отдавна се приема, че е подчинен на адиабатните закони, термин, който просто означава, че топлинната енергия не се добавя или премахва от системата. Това поддържа числата прости. За съжаление, пътуването на електроните е всичко друго, но не просто, подмятани от милостта на огромни магнитни полета като влакче на ужасите от Ада. Този хаос оставя много възможности топлината да се предава напред-назад. Само за да усложнят нещата по-нататък, благодарение на малката си маса, електроните получават добър старт над по-тежки йони, когато се изстрелват от атмосферата на Слънцето, оставяйки в голяма степен позитивен облак от частици след себе си.

В крайна сметка нарастващото привличане между двата противоположни заряда превзема инерцията на тези летящи електрони, извеждайки ги обратно към стартовата линия, където магнитните полета отново си играят с техните пътища.

„Такива връщащи се електрони се отразяват така, че те се оттичат от Слънцето, но отново не могат да избягат поради електрическата му сила “, казва Болдирев.

„Значи, тяхната съдба е да отскачат напред-назад, създавайки голяма популация от така наречените хванати електрони“.

Болдирев и неговият екип разпознават подобна игра на електронен пинг-понг, който се играе в тяхната собствена лаборатория, в апарат, често използван за изследване на плазма, наречен „огледална машина“.

Огледалните машини всъщност не съдържат огледала. Поне не от познатия лъскав вид. Известни също като магнитни огледала или магнитни капани, тези устройства за линеен синтез са нещо като дълги тръби с шийка на бутилката в двата края.

Тяхното отражателно естество е създадено като потоци плазма, преминаващи през щипката на бутилката в двата края, променяйки околните магнитни полета по такъв начин, че частиците в потока да се отразяват навътре.

Но някои частици могат да избягат и когато го направят, те се разнасят по разширяващите се линии на магнитното поле извън бутилката“, казва Болдирев.

„Тъй като физиците искат да запазят тази плазма много гореща, те искат да разберат как температурата на електроните, които избягат от бутилката, намалява извън този отвор.“ Болдирев и неговият екип, иска тези изтичащи електрони да бъдат изследвани, за да се разбере по-добре какво се случва със слънчевия вятър.

Той и неговите колеги предполагат, че йо-йо ефектът напред и назад играе основна роля в начина, по който електроните разпределят топлинната си енергия, променяйки типичните разпределения на скоростите и температурите на частиците по предвидими начини.

Оказва се, че резултати на учените са в много добро съгласие с измерванията на температурния профил на слънчевия вятър и те могат да обяснят защо електронната температура намалява с разстоянието толкова бавно“, казва Болдирев.