Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Fysikere beskriver solens elektriske felt

University of Iowa fysikere har fået ny indsigt om solens elektriske felt. Forskerne målte elektroner, der strømmer fra solen, en hovedbestanddel af solvinden, at bestemme grænsen i energi mellem elektroner, der undslipper solens kløer, og dem, der ikke gør. Kredit:Jasper Halekas lab, University of Iowa

Når Parker Solar Probe vover sig tættere på solen, vi lærer nye ting om vores hjemmestjerne.

I en ny undersøgelse, fysikere ledet af University of Iowa rapporterer de første definitive målinger af solens elektriske felt, og hvordan det elektriske felt interagerer med solvinden, den hurtigt strømmende strøm af ladede partikler, der kan påvirke aktiviteter på Jorden, fra satellitter til telekommunikation.

Fysikerne beregnede fordelingen af ​​elektroner inden for solens elektriske felt, en bedrift, der er muliggjort af det faktum, at Parker Solar Probe stråle inden for 0,1 astronomiske enheder (AU), eller kun 9 millioner miles, fra solen - tættere på end noget rumfartøj har nærmet sig. Fra elektronernes fordeling, fysikerne var i stand til at skelne størrelsen, bredde, og omfanget af solens elektriske felt mere tydeligt, end det var blevet gjort før.

"Det vigtigste punkt, jeg vil gøre, er, at du ikke kan foretage disse målinger langt væk fra solen. Du kan kun foretage dem, når du kommer tæt på, " siger Jasper Halekas, lektor ved Institut for Fysik og Astronomi i Iowa og undersøgelsens tilsvarende forfatter. "Det er som at prøve at forstå et vandfald ved at se på floden en kilometer nedstrøms. Målingerne vi foretog ved 0,1 AU, vi er faktisk i vandfaldet. Solvinden accelererer stadig på det tidspunkt. Det er virkelig bare et fantastisk miljø at være i."

Solens elektriske felt opstår fra interaktionen mellem protoner og elektroner, der genereres, når brintatomer fjernes fra hinanden i den intense varme, der genereres af fusion dybt inde i solen. I dette miljø, elektroner, med masse 1, 800 gange mindre end protoner, blæses udad, mindre begrænset af tyngdekraften end deres tungere protonsøskende. Men protonerne, med deres positive ladning, udøve en vis kontrol, tøjler nogle elektroner på grund af de velkendte tiltrækningskræfter fra modsat ladede partikler.

"Elektroner forsøger at flygte, men protoner forsøger at trække dem tilbage. Og det er det elektriske felt, " siger Halekas, en medforsker for solvindelektronerne, alfaer, og protoninstrument ombord på Parker Solar Probe, den NASA-ledede mission, der blev lanceret i august 2018. "Hvis der ikke var noget elektrisk felt, alle elektronerne ville skynde sig væk og være væk. Men det elektriske felt holder det hele sammen som én homogen strøm."

Nu, forestil dig solens elektriske felt som en enorm skål og elektronerne som kugler, der ruller op ad siderne med forskellige hastigheder. Nogle af elektronerne, eller kugler i denne metafor, er lynlåste nok til at krydse læben på skålen, mens andre ikke accelererer nok og til sidst ruller tilbage mod skålens bund.

"Vi måler dem, der kommer tilbage og ikke dem, der ikke kommer tilbage, " siger Halekas. "Der er dybest set en grænse i energi der mellem dem, der undslipper skålen, og dem, der ikke gør, som kan måles. Da vi er tæt nok på solen, vi kan foretage nøjagtige målinger af elektronernes fordeling, før kollisioner opstår længere ude, der forvrænger grænsen og slører aftrykket af det elektriske felt."

Fra disse målinger kan fysikerne lære mere om solvinden, den million-mile-i-time-stråle af plasma fra solen, der skyller ind over Jorden og andre planeter i solsystemet. Det, de fandt, er, at solens elektriske felt udøver en vis indflydelse på solvinden, men mindre end man havde troet.

"Vi kan nu sætte et tal på, hvor meget af accelerationen, der leveres af solens elektriske felt, " siger Halekas. "Det ser ud til, at det er en lille del af det samlede beløb. Det er ikke det vigtigste, der giver solvinden sit kick. Det peger så på andre mekanismer, der måske giver solvinden det meste af sit spark."

Papiret, "Solens elektronunderskud:Et tydeligt tegn på solens elektriske potentiale, " blev offentliggjort online den 14. juli i The Astrophysical Journal .


Varme artikler