Ανακαλύφθηκε κρυφό «φράγμα» στον Ήλιο: Τι αποκαλύπτει για τη θερμότητα και τον ηλιακό άνεμο

Μια σημαντική ανακάλυψη έρχεται από την αποστολή Parker Solar Probe της NASA, η οποία έφτασε πιο κοντά στον Ήλιο από οποιοδήποτε άλλο διαστημικό σκάφος στην ιστορία. Η έρευνα που δημοσιεύθηκε από το Queen Mary University of London αποκαλύπτει την άμεση επιβεβαίωση ενός φαινομένου που είχε θεωρηθεί θεωρητικό έως τώρα: το λεγόμενο «helicity barrier», ένα φυσικό όριο που εξηγεί γιατί η εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου είναι ασυνήθιστα θερμή και γιατί ο ηλιακός άνεμος επιταχύνεται με τόσο ακραίο τρόπο.

Το ηλιακό στέμμα, δηλαδή η εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου, παραμένει ένα από τα μεγάλα μυστήρια της ηλιακής φυσικής. Η θερμοκρασία του στέμματος φτάνει σε εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, πολύ υψηλότερη από την επιφάνεια του Ήλιου. Επιπλέον, το πλάσμα και τα μαγνητικά πεδία που εκπέμπονται από τον Ήλιο, γνωστά ως ηλιακός άνεμος, επιταχύνονται με ταχύτητες που ξεπερνούν τις αρχικές προσδοκίες. Οι επιστήμονες θεωρούσαν εδώ και καιρό ότι η λεγόμενη «διασπορά μέσω στροβιλισμού» (turbulent dissipation) είναι υπεύθυνη για αυτήν τη μετατροπή ενέργειας σε θερμότητα, αλλά οι λεπτομέρειες του μηχανισμού παρέμεναν ασαφείς.

Τα νέα δεδομένα προήλθαν από την πρωτοποριακή τροχιά του Parker Solar Probe, το οποίο ταξίδεψε βαθιά μέσα στο ηλιακό περιβάλλον, επιτρέποντας για πρώτη φορά άμεσες μετρήσεις στην «καρδιά» του προβλήματος. Εκεί, οι επιστήμονες κατάφεραν να εντοπίσουν ένα φυσικό φαινόμενο που ανατρέπει τον τρόπο που η ενέργεια διαχέεται στο ηλιακό πλάσμα: το helicity barrier. Το φαινόμενο αυτό εμποδίζει τη συνέχιση της στροβιλώδους μεταφοράς ενέργειας προς μικρότερες κλίμακες, αλλάζοντας θεμελιωδώς τον τρόπο με τον οποίο μετατρέπεται η ενέργεια σε θερμότητα.

Σύμφωνα με τον Jack McIntyre, υποψήφιο διδάκτορα και επικεφαλής συγγραφέα της μελέτης από το Queen Mary University of London, αυτή η ανακάλυψη «εξηγεί χαρακτηριστικά του ηλιακού ανέμου που μέχρι σήμερα δεν είχαν ερμηνευθεί, όπως το γιατί τα πρωτόνια είναι πιο θερμά από τα ηλεκτρόνια». Η επιβεβαίωση της ύπαρξης αυτού του «φράγματος» ανοίγει επίσης τον δρόμο για καλύτερη κατανόηση άλλων αστροφυσικών συστημάτων, στα οποία παρατηρούνται αντίστοιχα φαινόμενα μεταφοράς ενέργειας.

Η μελέτη αποκαλύπτει ακόμη και τις φυσικές συνθήκες υπό τις οποίες εμφανίζεται το helicity barrier. Σύμφωνα με τα ευρήματα, το φαινόμενο ενεργοποιείται όταν η ένταση του μαγνητικού πεδίου υπερβαίνει σημαντικά την πίεση του πλάσματος, και όταν υπάρχει έντονη ανισορροπία ανάμεσα στα αντίθετα κύματα πλάσματος που συνθέτουν τη στροβιλώδη κίνηση. Αυτές οι συνθήκες είναι κοινές στο ηλιακό περιβάλλον κοντά στον Ήλιο, ακριβώς εκεί που επιχειρεί το Parker Solar Probe.

Ο Dr. Christopher Chen, καθηγητής Φυσικής Διαστημικού Πλάσματος στο ίδιο πανεπιστήμιο και επιβλέπων της διδακτορικής διατριβής του McIntyre, υπογραμμίζει τη σημασία της εργασίας:

Η εργασία αυτή δίνει σαφή αποδεικτικά στοιχεία για την ύπαρξη του helicity barrier και απαντά σε βασικά ερωτήματα σχετικά με τη θέρμανση του στέμματος και την επιτάχυνση του ηλιακού ανέμου. Μας βοηθά να κατανοήσουμε τη φυσική της διασποράς ενέργειας μέσω στροβιλισμού και να κάνουμε ακριβέστερες προβλέψεις για τον διαστημικό καιρό.

Πέρα όμως από τον Ήλιο μας, η σημασία της ανακάλυψης αυτής εκτείνεται σε ολόκληρο το Σύμπαν. Πολλά θερμά και διάχυτα αστροφυσικά πλάσματα λειτουργούν με παρόμοιους φυσικούς κανόνες με αυτούς του ηλιακού ανέμου. Η κατανόηση του πώς διασπάται και μετατρέπεται η ενέργεια σε τέτοια περιβάλλοντα μπορεί να δώσει απαντήσεις σε θεμελιώδη ερωτήματα της κοσμολογίες.

[via]