Электроны бегут к Солнцу: парадокс, который ломает привычные законы физики

Представьте: частицы, летящие со скоростью, близкой к световой, и возвращающиеся к нашему Солнцу. Это не фантастика, а реальность, которую только что подтвердил совместный космический аппарат Европейского космического агентства (ЕКА) и NASA — Solar Orbiter. Он отследил солнечные энергетические электроны (СЭЭ), ускоренные до невероятных энергий, и выявил их происхождение от разных типов солнечных вспышек. Новое исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.

Открытие двух источников электронов

Solar Orbiter зафиксировал эти электроны в космосе и точно определил, откуда они берутся. Это помогает глубже понять физику Солнца. В результате анализа выделилось два типа корональных выбросов (ИСЭ) с различным происхождением:

• одна группа связана с солнечными вспышками в небольших областях Солнца.
• другая — с крупными и мощными выбросами плазмы, известными как корональные выбросы массы (КВМ).

Различия в поведении частиц

"Мы наблюдаем четкое разделение между "импульсными" событиями частиц, когда эти энергичные электроны вылетают с поверхности Солнца толчками во время солнечных вспышек, и "постепенными", связанными с более продолжительными корональными выбросами массы, которые высвобождают более обширный поток частиц в течение более длительных периодов времени", — заявил руководитель группы исследователей Александр Вармут из Потсдамского астрофизического института имени Лейбница (AIP).

Ученые знали о двух семействах СЭЭ, но наблюдения Solar Orbiter позволили впервые различить их источники.

"Мы смогли идентифицировать и понять эти две группы, только наблюдая сотни событий на разных расстояниях от Солнца с помощью нескольких инструментов — это под силу только Solar Orbiter", — продолжил Вармут.

Подойдя так близко к нашей звезде, мы смогли измерить частицы в "первозданном" раннем состоянии и, таким образом, точно определить время и место их появления на Солнце.

Путешествие электронов и задержки

Аппарат отслеживал СЭЭ на разных расстояниях, изучая их поведение в Солнечной системе. Одна цель — объяснить задержки между солнечными событиями и выбросом космических лучей, которые иногда длятся часы.

"Оказывается, это, по крайней мере, частично связано с тем, как электроны движутся в космосе — это может быть задержка в испускании, но также и задержка в обнаружении", — пояснила член команды и научный сотрудник ЕКА Лаура Родригес-Гарсиам.

Электроны сталкиваются с турбулентностью, рассеиваются в разных направлениях и так далее, поэтому мы не замечаем их сразу. Эти эффекты нарастают по мере удаления от Солнца.

Влияние солнечного ветра

Движение частиц ограничивает солнечный ветер — поток заряженных частиц с магнитным полем Солнца. Он рассеивает траектории СЭЭ, влияя на их путь.

Исследование подчеркивает уникальность Solar Orbiter для изучения Солнца и околосолнечной среды.

"Благодаря Solar Orbiter мы узнаём нашу звезду лучше, чем когда-либо", — сказал Даниэль Мюллер, научный руководитель проекта Solar Orbiter в ЕКА.

За первые пять лет своего пребывания в космосе Solar Orbiter зафиксировал множество событий, связанных с СЭЭ. Благодаря этому мы смогли провести детальный анализ и собрать уникальную базу данных для изучения мировым сообществом.

Значение для космической погоды

Работа важна для понимания космической погоды и ее влияния на аппараты у Земли. КВМ вызывают более мощные выбросы, угрожающие технике. Различение типов улучшит прогнозы.

"Такие знания, полученные благодаря Solar Orbiter, помогут защитить другие космические аппараты в будущем, позволяя нам лучше понять энергетические частицы, излучаемые Солнцем, которые угрожают нашим астронавтам и спутникам", — сказал Мюллер.

Это исследование — поистине яркий пример силы сотрудничества. Оно стало возможным только благодаря объединению опыта и командной работе европейских учёных, групп по разработке приборов из разных стран-членов ЕКА и коллег из США.

Ученые ждут полной картины от миссии ЕКА Smile в 2026 году, которая измерит солнечный ветер и его взаимодействие с магнитосферой Земли. В 2031 году запустят Vigil для наблюдения "боковой" стороны Солнца, чтобы выявлять опасные события заранее и улучшать прогнозы космической погоды.