• Главная
• Кластер допомагає розплутати турбулентності в сонячному вітрі

Кластер допомагає розплутати турбулентності в сонячному вітрі

Це сонячний вітер кілька мільйонів градусів за Цельсієм, можна рухатися зі швидкістю 750 кілометрів (466 миль закону) в секунду, і - поки що - не піддається повний опис якої-небудь однієї теорії. Це гаряче, ніж очікувалося, для одного, і ніхто ще не домовилися, який з кількох теорій пропонує краще пояснення.

Тепер ESA / NASA кластера місії - чотири ідентичних космічних апаратів, які літають в щільним строєм надати 3-мірні знімки структур навколо Землі - надав нову інформацію про те, як протони сонячного вітру з підігрівом.

"У нас було ідеальне вікно 50 хвилин", говорить вчений NASA Мелвін Гольдштейн, начальник Geospace лабораторії фізики в Годдард космічних польотів НАСА центру в Грінбелті, штат Меріленд, і співавтор нової статті, яка з'явилася в журналі Physical Review Letters вересня 24. "Це був час, коли чотири кластери космічних апаратів були так близько один до одного, вони могли спостерігати за рухами в сонячному вітрі в масштабі досить малий, щоб можна було спостерігати опалення протонів через турбулентність безпосередньо в перший раз".

Вченим відомо, що велика турбулентність як правило, «каскад» на більш дрібні турбулентності - уявіть собі різкими баранці поверх довгих хвиль океану. В океанських хвиль, енергію з таких каскадів природно додає невелику кількість тепла від тертя частинок зрушення повз один одного, тим самим підігрів води незначно. Але швидко, заряджених частинок - відомий як "плазма" - навколо Сонця не відчувають такого тертя, але вони нагріваються однаково.

"На відміну від звичайних рідин у повсякденному житті", говорить Фуад Сахрауі, провідний автор нового документа про сонячному вітрі і вчений CNRS-Ecole Polytechnique-UPMC у Франції, "плазма має електричних і магнітних полів, створюваних рухом протонів і електронів. Це змінює багато чого з інтуїтивних образів, які ми отримуємо від дотримання звичайних рідин ".

Якимось чином магнітних і електричних полів у плазмі повинні сприяти нагріву частинок. Десятиліття досліджень з сонячним вітром змогли зробити висновок про тривалість та наслідків магнітних хвиль, але безпосереднє спостереження не вдалося до кластера місії спостерігали великі хвилі здалеку. Ці починаються задовго до тих пір коливання довжини хвилі, але втрачають енергію - в той час стають коротше - з плином часу. Втрати енергії в енергію хвилі передачі частинки сонячного вітру, нагріваючи їх, але точний метод передачі енергії, і точний характер хвилі роблять опалення, не була повністю встановлена.

На додаток до намагається знайти механізм, який нагрівається сонячним вітром, є й інша таємниця: магнітні хвилі передають тепло частинок з різною швидкістю в залежності від їх довжини хвилі. Великі хвилі втрачають енергію при безперервної швидкістю, поки вони роблять це приблизно до 100-кілометровій довжині хвилі. Потім вони втрачають енергію ще швидше, перш ніж вони потрапили близько 2-кілометрової довжини хвилі і повернеться до більш-менш колишньому рівні. Для вирішення цих головоломок, вчені використовували дані з кластера, коли він був у сонячному вітрі в положенні, коли вона не може впливати магнітосфери Землі.

Для цієї останньої папері, чотири кластери космічних апаратів за умови 50 хвилин даних на момент, коли умови були в самий раз - космічний апарат були в однорідній області сонячного вітру, вони були близько один до одного, і вони створили ідеальний тетраедричних форми - таке, що інструменти можуть вимірювати електромагнітних хвиль у трьох вимірах в малих масштабах, які впливають протонів.

Вимірювання показали, що каскад турбулентності відбувається через дію особливий вид біжать хвиль - по імені Альфвена хвилі після лауреат Нобелівської премії Ханнеса Альфвена, що відкрив їх в 1941 році.

Дивовижне в хвилі, які спостерігаються кластеру є те, що вони вказали, перпендикулярному магнітному полю. Це на відміну від попередніх робіт з Helios космічного корабля, який в даному магнітні хвилі 1970-х років ближче до сонця. Ця робота виявлені магнітні хвилі паралельно магнітне поле, яке може відправити часток, що рухаються в тісних круговим орбітам - процес, відомий як циклотронного резонансу - таким чином, даючи їм удар в енергії і температури. Перпендикулярно хвилях знайти тут, а з іншого боку, створюють електричні поля, які ефективно передають енергію частинок, по суті, штовхаючи їх рухатися швидше.

Дійсно, на початку роботи кластера припустив, що цей процес - відомий як загасання Ландау - допоміг тепла електронів. Але, так як більша частина змін температури з відстанню від Сонця через зміну температури протонів, вкрай важливо зрозуміти, як вони отримали свої енергії. Так як гарячі електрони не нагріваються протонів дуже добре на всіх, це не може бути механізмом.

Це згасання Ландау, що додає енергію протонів і електронів - принаймні поблизу Землі - також допомагає пояснити непарних зміна швидкості у хвилі коливання, а також. При довжинах хвиль близько 100 кілометрів або трохи коротше, електричні поля цих перпендикулярних протонів теплових хвиль дуже ефективно. Таким чином, на цих довжинах хвиль передачі енергії швидко оточуючих протонів - пропонують пояснення, чому магнітні хвилі раптом починають втрачати енергію на більш швидкими темпами. Хвилі, які близько двох кілометрів, проте, не ефективно взаємодіяти з протонами, оскільки електричні поля коливатися занадто швидко, щоб тиснути на них. Замість того, щоб ці короткі хвилі починають штовхати і тепла електрони ефективно і швидко руйнують всі енергії в хвилях.

"Ми бачимо, що не вся енергія розсіюється протонів," Сахрауі сказав. "Залишилося енергія у хвилі продовжує свою подорож в сторону менших масштабах, довжини хвиль близько двох кілометрів. У той момент, електрони в свою чергу нагріваються".

Майбутні місії NASA, таких як магнітосферні місії багатомасштабне, який планується запустити в 2014 році, буде в змозі датчика руху сонячного вітру при ще менших масштабах.

Кластер недавно перевершив десятиліття проходить в і з магнітного поля нашої планети, повертаючи безцінні дані для вчених по всьому світу. Крім вивчення сонячного вітру, скупчення інших спостережень входить вивчення складу сяйва Землі і її магнітосфери.