Учените най-накрая забелязаха нещо, което търсят още от 40-те години на миналия век: малки торсионни вълни на Алфвен в слънчевата корона. Торсионните вълни на Алфвен са въртящи се магнитни вълни, които се движат през плазмата по линиите на магнитното поле, извивайки ги напред-назад като навита пружина. Предсказани за пръв път през 1942 г. от шведския физик Ханес Алфвен, се смята, че тези вълни пренасят големи количества енергия през атмосферата на Слънцето. Те бяха открити с помощта на слънчевия телескоп „Даниел Иноуе“ в Хавай, най-мощния слънчев телескоп в света. Откритието, публикувано в сп. Nature Astronomy, може да помогне да се обясни защо външната атмосфера на Слънцето е толкова по-гореща от повърхността му.

Короната, или най-външният слой на слънчевата атмосфера, се простира на милиони километри в Космоса и се състои от изключително гореща йонизирана плазма. Плазмата често се описва като четвъртото състояние на материята, при което атомите се зареждат с толкова енергия, че електроните се отделят от атомните ядра, създавайки електрически заредени частици, силно повлияни от магнитни полета. Въпреки че видимата повърхност на Слънцето е много по-хладна – 5500 градуса по Целзий, короната достига шокиращи температури над един милион градуса по Целзий, създавайки отдавнашния „проблем с нагряването на короната“. Плазмата от нея се излива навън под формата на слънчев вятър – свръхзвуков поток от заредени частици, който изпълва нашата Слънчева система. Слънчевият вятър оформя хелиосферата и може да наруши работата на сателитите, GPS системите и електрическите мрежи на Земята. От десетилетия се обсъжда как короната получава достатъчно енергия, за да поддържа такива температури.

Вълните на Алфвен отдавна се считат за едно от водещите обяснения. В плазма, съставена от множество магнитни тръби – тесни магнитни структури, които насочват плазмата и енергията през слънчевата атмосфера, – единственият чист Алфвен-мод е торсионният, което означава, че той извива магнитните силови линии около централната им ос, вместо да ги люлее отстрани. Тези магнитни структури направляват движението на заредените частици, тъй като плазмата по природа следва магнитните силови линии.

Проф. Ричард Мортън от Университета в Нортъмбрия, който ръководи проучването, заявява: „Това откритие слага край на продължителното търсене на тези вълни, което датира от 40-те години на миналия век. Най-накрая успяхме да наблюдаваме директно тези торсионни движения, които извиват магнитните силови линии напред-назад в короната“.

Пробивът стана възможен благодарение на криогенния близкоинфрачервен спектрополяриметър (Cryo-NIRSP) на телескопа – инструмент, предназначен за наблюдение на изключително фини магнитни и плазмени структури в короната. Мортън проследи желязо, нагрято до 1.6 милиона градуса Целзий, и разработи нови техники за отделяне на торсионните движения от по-често срещаните люлеещи се движения. „Движението на плазмата в слънчевата корона се характеризира предимно с люлеещи се движения. Те прикриват торсионните движения, затова трябваше да разработя начин за премахване на люлеенето, за да открия усукването“, обяснява той.

За разлика от вълните на извивката, които карат цели магнитни структури да се люлеят, торсионните вълни на Алфвен предизвикват усукващи движения, които могат да бъдат открити единствено чрез спектроскопия – научното изследване на взаимодействието между материята и светлината. В слънчевата физика спектроскопията измерва миниатюрните промени в дължината на вълната, причинени от движещата се плазма чрез ефекта на Доплер. Плазмата, движеща се към Земята, предизвиква леко „синьо отместване“, докато плазмата, движеща се в обратна посока, предизвиква „червено отместване“. Чрез изследване на тези противоположни червени и сини отпечатъци от двете страни на магнитните структури учените могат да открият скрити въртеливи движения в короната. Данните показаха, че спокойната корона поддържа тези торсионни вълни непрекъснато.

Измерените им амплитуди са малки, но учените смятат, че те са подценени поради начина, по който се събират данните. Въпреки това вълните може да пренасят голяма част от енергията, необходима за захранване на короната и задвижване на слънчевия вятър.

„Това изследване предоставя съществена валидация за гамата от теоретични модели, които описват как турбулентността на вълните на Алфвен захранва слънчевата атмосфера“, добавя Мортън. „Наличието на директни наблюдения най-накрая ни позволява да тестваме тези модели спрямо реалността.“

Това откритие е от значение не само за разбирането на Слънцето, но и за прогнозирането на космическото време. Слънчевият вятър пренася магнитни смущения, които могат да нарушат работата на спътниците, GPS системите, радиовръзките и електроенергийните мрежи на Земята. Алфвенските вълни може би обясняват и „магнитните обратни завои“, наблюдавани от сондата „Паркър“ на НАСА, за които се смята, че пренасят значителна енергия чрез слънчевия вятър.

В проучването участваха изследователи от Китай, Белгия, Великобритания и САЩ, което показва мащаба на международното сътрудничество в областта на слънчевата наука. С помощта на слънчевия телескоп „Иноуе“, който вече предоставя изображения на короната с изключително висока разделителна способност, учените очакват да получат повече информация за това как тези магнитни вълни се движат, взаимодействат и освобождават енергия в атмосферата на Слънцето.

Снимка: Unsplash

Виж още: Тази уникална PlayStation 2 Portable комбинира ретро хардуера с модерна функционалност