האם נמצאה הסיבה להבדלי הטמפרטורה בין עטרת השמש לפני השטח שלה? במחקר חדש שפורסם בכתב העת The Astrophysical Journal, צוות מחקר בהובלת אוניברסיטת אלבמה בהאנטסוויל, בחן את מאפייני תופעה ששמה גלי אלפוון קינטיים, כדי לספק תובנות חדשות לגבי תעלומת הליופיזיקה (חקר פעילות השמש) עתיקת יומין.
החללית פארקר נגעה בשמש
(צילום: נאס"א)
סייד אייאז, מהמרכז לחקר פלזמה ואווירונומיה בחלל של אוניברסיטת אלבמה בהאנטסוויל, בחן יחד עם עמיתיו את התפקיד הפוטנציאלי של גלי אלפוון קינטיים בחימום עטרת השמש. החוקרים הצליחו לעשות צעד משמעותי בדרך לפתרון התעלומה מדוע עטרת השמש חמה יותר משטח פניה, למרות שהיא רחוקה יותר ממקור החום בליבת השמש.
"במשך עשרות שנים, גלי אלפוון קינטיים נודעו ביכולתם להוביל אנרגיה ממקום אחד למקום אחר", אומר אייאז, תוך ציון תפקידם הפוטנציאלי בהנעת חום עטרת השמש. "מחקר זה משתמש בגישה חדשנית למודל של חלקיקים אנרגטיים בפלזמה בחלל, כפי שנצפו על ידי לוויינים כמו ויקינג ופריה, כדי לענות על האופן שבו האנרגיה האלקטרומגנטית של הגלים, באינטראקציה עם חלקיקים, הופכת לחום כאשר הגלים נעים בחלל".
החוקר הוסיף כי "מדובר למעשה ב'דעיכת לנדאו' - תופעה בפיזיקת הפלזמה, שבה גלים אלקטרומגנטיים העוברים דרך פלזמה דועכים עקב אינטראקציה עם החלקיקים הטעונים מהם מורכבת הפלזמה. "המחקר מתמקד בשדות האלקטרומגנטיים המופרעים, וקטור פוינטינג המתאר את צפיפות שטף האנרגיה האלקטרומגנטית (כיוון הזרימה ועוצמתה) וקצב אספקת הכוח של גלי אלפוון קינטיים באטמוספרת השמש".
עטרת השמש היא אזור חידתי, שמשתרע כ-8 מיליון ק"מ מעל פני השמש. היא מאופיינת בטמפרטורות גבוהות במיוחד, תעלומה שהעסיקה אסטרופיזיקאים במשך כמעט 70 שנה. ממצאי המחקר החדש, מספקים תובנות חשובות לגבי האופן שבו אנרגיה בשדה מגנטי הופכת לחום, בתהליך שכולל חלקיקים טעונים כמו פרוטונים ואלקטרונים, מה שמספק הסבר אפשרי לכך שהטמפרטורה של עטרת השמש היא יותר ממיליון מעלות, בעוד שטמפרטורת פני השטח של השמש נעה סביב 6,500 מעלות "בלבד".
גלי אלפוון קינטיים הם תנודות של היונים והשדה המגנטי כשהם נעים בפלזמת השמש. הגלים נוצרים על ידי תנועות בפוטוספרה, המעטפת החיצונית של השמש המקרינה אור נראה. "העניין העיקרי שלי בגלים הללו נוצר עם שיגורי גשושית Parker Solar Probe של נאס"א וגשושית Solar Orbiter של סוכנות החלל האירופית, שנועדו לחקור את עטרת השמש והסיבה להתחממותה", אומר אייאז. "הסיבה לעניין הרב בגלים הללו נעוצה ביכולתם להעביר אנרגיה. נתונים מבוססי תצפית ומחקרים תיאורטיים הוכיחו באופן עקבי שגלי אלפוון קינטיים מתפוגגים ותורמים לחימום עטרת השמש במהלך התפשטותם בחלל".
4 צפייה בגלריה
עטרת השמש בזמן ליקוי
(צילום: University of Alabama in Huntsville, Center for Space Plasma and Aeronomic Research)
בשל תכונות ייחודיות אלה, הגלים מספקים מנגנון קריטי להעברת אנרגיה, ממצא חשוב להבנת חילופי האנרגיה בין שדות אלקטרומגנטיים וחלקיקי פלזמה. מחברי המחקר בחנו והשתמשו בין היתר ב"דעיכת לנדאו" - תופעה הקרויה על שם הפיזיקאי לב לנדאו, אשר גילה אותה באופן תאורטי בשנת 1946. לפי התופעה, הגל מעביר אנרגיה לחלקיקים הנעים במהירות הנמוכה במעט ממהירות הפאזה שלו, ומקבל אנרגיה מחלקיקים הנעים במהירות הגבוהה במעט ממהירות הפאזה שלו.
"כאשר חלקיקים מקיימים אינטראקציה עם הגל, הם מקבלים או מאבדים אנרגיה. זה יכול לגרום לכך שהגל יעביר את האנרגיה שלו לחלקיקים או יקבל מהם אנרגיה, מה שגורם לחלקיקים לדעוך או לגדול. המחקר שלנו מגלה שגלי אלפוון קינטיים מתפוגגים במהירות, ומעבירים את האנרגיה שלהם לחלקיקי פלזמה בצורה של חימום. העברת אנרגיה זו מאיצה את החלקיקים על פני מרחקים מרחביים ארוכים יותר, ומשפיעה באופן משמעותי על הדינמיקה של הפלזמה", מסביר אייאד, שממצאי המחקר שלו ושל עמיתיו ישמשו להבנת תופעות בעטרת השמש, תוך ביאור התפקיד המשמעותי שמשחקים חלקיקים א-תרמיים בתהליכי החימום.
