Първо наблюдение на фокусирана плазмена вълна върху Слънцето

Ваня Милева Последна промяна на 23 май 2024 в 09:56 1445 0

Кадри от магнитохидродинамични вълнови фронтове (в бяло), фокусирани от короналната дупка вляво.

За първи път учени са наблюдавали плазмени вълни от слънчево изригване, фокусирани от коронална дупка, подобно на фокусирането на светлина от телескоп или микроскоп.

Откритието, публикувано в Nature Communications, може да се използва за диагностициране на свойствата на плазмата, включително "слънчевите цунамита", генерирани от слънчеви изригвания, и при изследване на фокусиране на плазмени вълни от други астрономически системи.

Слънчевата корона е най-външната част от слънчевата атмосфера, област, състояща се от магнитни плазмени бримки и слънчеви изригвания. Съставена предимно от заредени йони и електрони, тя се простира на милиони километри в космоса и има температура над един милион келвина и е особено забележима по време на пълните слънчеви затъмнения, когато се нарича "огнен пръстен".

Магнитохидродинамичните вълни в короната са трептения в електрически заредени течности, повлияни от магнитните полета на Слънцето. Те играят основна роля в короната, нагрявайки короналната плазма, ускоряват слънчевия вятър и генерират мощни слънчеви изригвания, които напускат короната и пътуват в космоса.

По-рано те са били наблюдавани да претърпяват типични вълнови явления като пречупване, разпространение и отражение в короната, но досега не са наблюдавани да се фокусират.

Използвайки наблюдения с висока разделителна способност от Solar Dynamics Observatory, сателит на НАСА, който наблюдава Слънцето от 2010 г., изследователска група, съставена от учени от няколко китайски институции и една от Белгия, анализира данни от слънчево изригване през 2011 г.

Изригването предизвиква смущения с голяма интензивност, почти периодични, които се движат по слънчевата повърхност. Данните разкриват една форма на магнитохидродинамични вълни - поредица от дъгообразни вълнови фронтове с център изригването.

Тази поредица от вълни се разпространява към центъра на слънчевия диск и се движи през коронална дупка - област от относително студена плазма - на ниска географска ширина спрямо слънчевия екватор, със скорост от около 350 километра в секунда.

Короналната дупка е временна област от хладна, по-малко плътна плазма в слънчевата корона, тук магнитното поле на Слънцето се простира в космоса отвъд короната. Често разширеното магнитно поле се връща обратно към короната до област с противоположна магнитна полярност, но понякога магнитното поле позволява на слънчевия вятър да избяга в космоса много по-бързо от скоростта на повърхността на вълната.

Тайм-лапс кадри от магнитохидродинамични вълнови фронтове (в бяло), фокусирани от короналната дупка вляво. Кредит: Creative Commons Attribution 4.0  International License

При това наблюдение, докато вълновите фронтове се носят през далечния ръб на короналната дупка, оригиналните дъгообразни вълнови фронтове обръщат кривината си на 180 градуса, от извита навън към вдлъбната навън. След това те се сближават до точка, фокусирана върху далечната страна на короналната дупка, наподобяваща светлинна вълна, преминаваща през събирателна леща, като формата на короналната дупка действа като магнитохидродинамична леща.

Числените симулации, използващи свойствата на вълните, короната и короналната дупка потвърждават, че конвергенцията, фокусирането, е очакваният резултат.

Групата успява само да определи вариацията на амплитудата на интензитета на вълните, след като вълновата поредица - серията от движещи се вълнови фронтове - преминава през короналната дупка.

Интензитетът (амплитудата) на магнитохидродинамичните вълни се увеличава от дупката до фокусната точка между два до шест пъти, а плътността на енергийния поток се увеличава с коефициент почти седем от региона на предварително фокусиране до района близо до фокусната точка, показваща, че короналната дупка фокусира енергия, точно като изпъкнала телескопична леща.

Числено симулиране на процеса на магнитохидродинамичните лещи въз основа на наблюдаваната геометрична форма на короналната дупка. Кредит: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46846-z

Фокусната точка е на около 300 000 км от ръба на короналната дупка, но фокусирането не е перфектно, защото формата на короналната дупка е неправилна. Следователно може да се очаква този вид магнитохидродинамични лещи да възникнат при планетарни, звездни и галактически образувания, подобно на гравитационните лещи на светлина (с много дължини на вълните), които се наблюдават около някои звезди.

Въпреки че по-рано са наблюдавани слънчеви магнитохидродинамични вълнови явления като пречупване, разпространение и отражение в короната, това е първият ефект на леща на такива вълни, който е наблюдаван директно. Смята се, че ефектът на лещата се дължи на резки промени (градиенти) на температурата на короната, плътността на плазмата и силата на слънчевото магнитно поле на границата на короналната дупка, както и на конкретната форма на дупката.

Като се има предвид това, числените симулации обясняват ефекта на леща чрез методите на класическата геометрична акустика, използвани за обяснение на поведението на звуковите вълни, подобно на геометричната оптика на светлинните вълни.

"Короналната дупка действа като естествена структура за фокусиране на енергията на магнитохидродинамичната вълна, подобно на книгата и филма "Проблемът с трите тела", в която Слънцето се използва като усилвател на сигнала", обяснява съавторът Дин Юен (Ding Yuan) от лабораторията Шенжен за числено прогнозиране на космически бури в Харбинския технологичен институт в Гуангдонг, Китай.

Справка: Xinping Zhou et al, Resolved magnetohydrodynamic wave lensing in the solar corona, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46846-z

Източник: First observation of a focused plasma wave on the sun, David Appell, Phys.org

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !