Вопрос, почему внешняя атмосфера Солнца — корона — в сотни раз горячее его поверхности, остается одной из крупнейших загадок астрофизики. Ученые нашли неожиданный «недостающий элемент» этой головоломки: крошечные заряженные пылинки вблизи нашего светила.
В своей научной работе аспирант Центра исследований космической плазмы и аэрономии Университета Алабамы в Хантсвилле Сайед Аяз использовал данные автоматической станции NASA Parker Solar Probe (PSP), которая периодически ныряет в самые внутренние области гелиосферы, ближе к Солнцу, чем когда‑либо летали другие аппараты.
До недавнего времени считалось, что на таких расстояниях пыль практически отсутствует: близость к Солнцу и высокие температуры должны разрушать пылинки. Поэтому стандартные модели нагрева короны рассматривали плазму как смесь электронов, ионов и магнитного поля, игнорируя вероятное присутствие в них твердых частиц. Однако PSP показал, что пыль там все-таки есть, и она заметно воздействует на окружающую плазму.
Отдельного пылевого детектора на борту нет, но его роль фактически выполняет сам аппарат. Когда микроскопические зерна пыли на огромных скоростях врезаются в корпус, они испаряются, создавая крошечные облака заряженных частиц. Эти события проявляются как резкие всплески напряжения на антеннах приборного комплекса FIELDS, измеряющего электрические и магнитные поля, плазменные и радиоволны. Анализ таких сигналов позволил оценить плотность и свойства пылевой среды в солнечной короне.
Ключевая идея работы — включить пыль в модели распространения кинетических альфвеновских волн, которые считаются важными «носителями» энергии в короне. Как только частицы пыли получают электрический заряд (за счет фотоэффекта и столкновений с плазмой), они начинают участвовать в электродинамике: реагировать на поля, влиять на волны и тем самым на маршруты и места рассеяния энергии.
Расчеты показали, что пыль играет двойную роль. Ее масса дополнительно повышает инертность среды: волны замедляются и могут нести энергию дальше, прежде чем она рассеется. Заряд же пылинок, напротив, усиливает взаимодействие волн с частицами и электрическими полями, делая передачу энергии более локальной и способствуя нагреву плазмы на месте.
Какая из этих тенденций возьмет верх, зависит от баланса массы и заряда пылевого компонента. Если доминирует массовый эффект, энергия волн уходит дальше в корону и молодой солнечный ветер; если зарядовый — преобразуется в тепло ближе к месту возникновения волн. Это напрямую влияет на то, где именно «разгружается» электромагнитная энергия, разогревая корону до миллионов градусов и разгоняя солнечный ветер.
Пока выводы базируются в основном на данных Parker Solar Probe и теоретическом моделировании; чтобы окончательно подтвердить роль пыли, нужны будущие миссии с полноценными пылевыми детекторами и несколькими аппаратами для одновременных измерений плазменных волн. Тем не менее уже сейчас становится ясно: структура околосолнечной среды гораздо сложнее, чем казалось, а точка в споре о нагреве короны еще далеко не поставлена. Возможно, ответ действительно скрывается не только в магнитных полях и плазменных волнах, но и в незаметной на первый взгляд пыли, которая присутствует в самых жарких окрестностях нашего светила.
