Новое исследование, проведенное сотрудниками Самарского филиала Физического института им. П. Н. Лебедева РАН и Самарского университета, раскрывает возможный механизм усиления загадочных волн в солнечной короне — внешней атмосфере нашей звезды.
Речь идет о так называемых изгибных волнах, которые наблюдаются в огромных петлях раскаленной плазмы, следующих за линиями магнитного поля. Некоторые из этих колебаний длятся часами, не затухая, что долгое время оставалось необъяснимым. Почему они не угасают? Оказалось, что ключ к разгадке может лежать в сложном взаимодействии нагрева и охлаждения солнечной плазмы.
Исследователи создали теоретическую модель, представляющую одну такую плазменную петлю в виде уплощенного магнитного «слоя». Главной инновацией стало учёта того, как нагрев плазмы зависит от магнитного поля. Оказалось, что этот специфический механизм нагрева может не просто компенсировать потери энергии на излучение, но и эффективно подпитывать волны, приводя к их усилению.
Расчёты показали, что в определённых условиях мнимая часть частоты волны становится отрицательной — это и есть математический критерий усиления. Упрощённо говоря, волна начинает забирать энергию из самого процесса теплового дисбаланса между нагревом и охлаждением.
Учёные протестировали свою модель для трёх типов корональных петель: «холодных», «тёплых» и «горячих», — которые отличаются температурой, плотностью и напряжённостью магнитного поля. Анализ выявил, что критическим параметром является степень влияния магнитного поля на нагрев. Для каждого типа петель было рассчитано пороговое значение этого параметра, при превышении которого начинается усиление волн. Наибольшее соответствие с аналитической формулой было получено для «холодных» петель, где чаще всего и наблюдаются загадочные незатухающие колебания.
Это открытие имеет фундаментальное значение для корональной сейсмологии — метода, который использует волны для «просвечивания» солнечной короны, подобно тому, как сейсмологи изучают недра Земли по землетрясениям. Понимание механизма усиления волн позволяет не только объяснить природу долгоживущих колебаний, но и точнее определять такие ключевые параметры солнечной плазмы, как напряжённость магнитного поля и характеристики её нагрева.
Таким образом, работа российских учёных даёт новый мощный инструмент для диагностики процессов, происходящих в атмосфере Солнца, и вносит значительный вклад в разгадку одной из многих тайн нашей звезды. В будущем исследователи планируют усложнить модель, чтобы учесть более сложные магнитные конфигурации и другие физические эффекты.
Исследование опубликовано в журнале «Краткие сообщения по физике ФИАН».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
