Parker Solar Probe впервые разложила волновое поле ударной волны у Солнца на четыре семейства

Зонд Parker Solar Probe 13 марта 2023 года зарегистрировал межпланетную ударную волну со скоростью около 2800 км/с на расстоянии 0,24 астрономической единицы от Солнца. Это событие позволило впервые непосредственно изучить, как ударная волна создаёт собственное волновое поле, ускоряющее заряженные частицы.

Анализ данных показал, что волновое поле перед фронтом волны разделяется на четыре семейства. Три из них — правополяризованное, левополяризованное и линейно поляризованное вдоль магнитного поля — находятся в циклотронном резонансе с протонами, движущимися от ударной волны. Энергии этих частиц лежат в диапазоне от сверхтепловых до нескольких мегаэлектронвольт.

Ключевой результат состоит в том, что поток протонов сам поддерживает волны, которые рассеивают его. Средняя длина свободного пробега частиц оказалась равна половине масштаба предвестника ударной волны. При этом пучок сохраняет достаточную анизотропию, чтобы продолжать генерировать колебания.

Четвёртая компонента — слабая косая линейно поляризованная волна, составляющая лишь несколько процентов от общей мощности. Она впервые разрешена непосредственно в форшоке космического аппарата. Её флуктуации плотности и модуля магнитного поля синфазны, что соответствует быстрой магнитозвуковой моде. Эта волна смещает энергии циклотронного резонанса остальных семейств на величину до 13% вдоль предвестника.

Наблюдения Parker Solar Probe вблизи Солнца уникальны: внутри 0,3 а.е. ускорение частиц определяется процессами в форшоке, который ударная волна создаёт для себя. Ранее подобная саморегуляция не была разрешена в эксперименте, хотя лежит в основе теории диффузионного ударного ускорения.

Результаты важны для понимания ускорения частиц не только в межпланетной среде, но и в более масштабных астрофизических объектах, таких как корональные выбросы массы и остатки сверхновых. Прямое подтверждение механизма обратной связи между частицами и волнами позволяет уточнить модели распространения энергичных протонов и прогнозировать радиационную обстановку в гелиосфере.