Įsivaizduokite, kad artėjate prie įkaitusios krosnies: iš pradžių pajuntate menką atvėsimą, o tuomet netikėtai jus užlieja dar galingesnė karščio banga. Būtent taip, priešingai nei diktuoja intuicija, elgiasi Saulės atmosfera. Daugiau nei šimtmetį mokslininkai bandė suprasti, kodėl Saulės vainikas yra daug karštesnis už žvaigždės paviršių. Dabar, dėka zondos, kuri ryžosi nuskristi ten, kur iki šiol nebuvo pasiekęs joks kosminis aparatas, pradedame gauti aiškius atsakymus.
2024 m. Kūčių dieną NASA zonda „Parker Solar Probe“ pasiekė naują rekordą – ji priartėjo prie įkaitusio Saulės paviršiaus vos per 6,1 milijono kilometrų. Per šį ekstremalų praskridimą surinkti duomenys verčia iš naujo perrašyti astrofizikos vadovėlius ir siūlo pirmą realų paaiškinimą reiškiniui, kuris ilgą laiką buvo tik teorinė mįslė.
Naujas analizės įrankis: ALPS tiria tikrus duomenis, o ne modelius
Lūžio tašku tapo pažangus skaitmeninis įrankis „Arbitrary Linear Plasma Solver“ (ALPS). Jį sukūrė mokslininkų komanda, vadovaujama Kristoferio Kleino iš Arizonos universiteto. Šis algoritmas analizuoja tikruosius dalelių pasiskirstymus, kuriuos išmatavo zonda „Parker Solar Probe“. Tai esminis skirtumas, palyginti su ankstesniais metodais, rėmusiaisis daugiausia supaprastintais teoriniais modeliais.
Naudodamiesi ALPS, mokslininkai galėjo tiksliai atsekti, kaip energija pasiskirsto tarp skirtingų įelektrintų dalelių Saulės vėjyje. Paaiškėjo įdomus reiškinys, vadinamas slopinimu. Toje srityje, kurioje Saulės vėjas galutinai išsilaisvina iš žvaigždės gravitacinės ir magnetinės įtakos, dalelės iš tiesų ima vėsti, tačiau šis procesas vyksta gerokai lėčiau, nei numatė klasikiniai plėtimosi modeliai.
Lėtas energijos praradimas rodo, kad plazma visą laiką turi gauti papildomą „dozavimą“ energijos. „Geophysical Research Letters“ publikuoti rezultatai aiškiai parodo, kad iki šiol naudotos kompiuterinės simuliacijos, nors ir naudingos, pernelyg supaprastindavo sudėtingą tikrovę.
Kodėl tai svarbu mums: kosminiai orai nėra abstrakcija
Atrodytų, akademinio paradokso išsprendimas turi labai konkrečių praktinių pasekmių. Suprasti, kokie mechanizmai valdo Saulės atmosferą, yra būtina norint prognozuoti vadinamuosius kosminius orus. Stiprios Saulės audros, pavyzdžiui, vainikiniai masės išsiveržimai, gali rimtai sutrikdyti palydovų, nuo kurių priklauso GPS navigacija ir pasaulinė komunikacija, darbą.
Žemės energetiniai tinklai taip pat jautrūs tokiems reiškiniams – pakanka prisiminti 1989 m. įvykusią įspūdingą geomagnetinę audrą, kuri sukėlė didžiulį elektros tiekimo sutrikimą Kvebeke, Kanadoje.
Tikslesni prognoziniai modeliai reiškia galimybę anksčiau įspėti apie pavojingas Saulės audras. Tai yra saugumo klausimas tiek Tarptautinėje kosminėje stotyje dirbantiems astronautams, veikiamiems padidėjusios radiacijos, tiek poliariniais maršrutais skrendančių keleivinių lėktuvų įguloms, kurios tam tikrais atvejais turi keisti skrydžio kryptį.
Zonda „Parker Solar Probe“, kuri pasiekė tokį artumą prie Saulės panaudojusi net septynis gravitacinius manevrus prie Veneros ir kurios 11,5 centimetro storio šiluminis skydas atlaiko daugiau kaip 1370 °C temperatūras, buvo sukurta būtent dėl šių realių, žemiškų priežasčių.
Daugiau nei tik Saulė: išvados visai astrofizikai
Atradimai, susiję su plazmos Saulės vainike šildymo ir slopinimo mechanizmais, yra universalaus pobūdžio. Panašūs fizikiniai procesai vyksta tarpžvaigždinėje terpėje, medžiagos diskuose aplink juodąsias skyles ir ekstremaliose aplinkose šalia neutroninių žvaigždžių.
Supratimas, kaip energija išsisklaido santykinai artimoje ir priimtinoje tyrimams „laboratorijoje“ – mūsų pačių žvaigždėje – suteikia astronomams geresnius įrankius modeliuoti šiuos tolimus ir nepalankius regionus. NASA ir tarptautinių mokslinių institutų finansuojami tyrimai ženklina naują etapą: pirmą kartą plazmos fizikams atsirado galimybė tikrinti savo teorijas remiantis tiesioginiais matavimais iš tokios ekstremalios aplinkos.
Zonda „Parker Solar Probe“ ir toliau renka duomenis per kiekvieną naują orbitą. Kiekvienas priartėjimas prie Saulės praplečia mūsų žinias apie procesus, formuojančius heliosferą – milžinišką magnetosferą, apgaubiančią visą Saulės sistemą. Šimtmetį mokslo pasaulį gluminusi Saulės vainiko mįslė dar nėra galutinai išspręsta, tačiau pagaliau pereiname nuo vien teorinio svarstymo prie tikro, duomenimis pagrįsto supratimo.
