Teadlased on juba aastaid püüdnud lahendada kummalist Päikesega seotud nähtust. Selle välimine atmosfäär ehk kroona on mitu korda kuumem kui tähe pind. Veelgi põnevamaks teeb olukorra see, et Päikeselt lähtuv päikesetuul – laetud osakeste ja magnetväljade voog – saavutab kosmosesse liikudes hiiglaslikke kiirusi.
Arvatakse, et selle protsessi üks olulisemaid lülisid on nn pöörislik dissipatsioon, mille käigus mehaaniline energia muutub soojuseks. Päikesele väga lähedal muutub see protsess aga keerukaks, sest sealne keskkond on peaaegu osakestevaheliste kokkupõrgeteta. Seetõttu jääb ebaselgeks, kuidas energia täpselt soojuseks teisendub.
Parker Solar Probe ja uus pilk Päikese atmosfäärile
Vastuseid nendele küsimustele hakkasid teadlased otsima NASA sondi Parker Solar Probe andmete abil. See on seni kõige lähemale Päikesele jõudnud kosmoseaparaat, mis võimaldab esimest korda otse uurida Päikese atmosfääri ja koguda andmeid piirkondadest, mis olid pikka aega täiesti kättesaamatud.
Mis on „spiraalbarjäär“?
Uuringu käigus kinnitati kaua aega üksnes teoorias eksisteerinud nähtust, mida nimetatakse „spiraalbarjääriks“ (ingl. helicity barrier). See muudab viisi, kuidas energia pöörislikust turbulentsist ümbritsevasse keskkonda hajub.
Täpsemalt öeldes takistab spiraalbarjäär energia ülekannet väiksematesse mastaapidesse, mõjutades seda, kuidas võnkumislained lagunevad ning kuidas Päikese plasma soojeneb.
Uuringu peamine autor, Londoni Queen Mary ülikooli doktorant Jack McIntyre, selgitab: „See avastus on põnev, sest spiraalbarjääri kinnitamine aitab lõpuks selgitada seni raskesti mõistetavaid päikesetuule omadusi, näiteks seda, miks prootonid on selles tavaliselt kuumemad kui elektronid.“
Millal ja kus see nähtus esineb?
Teadlased leidsid, et spiraalbarjäär kujuneb täielikult välja siis, kui magnetvälja tugevus on tunduvalt suurem kui plasma rõhk. See efekt tugevneb veelgi, kui turbulentsis osalevad vastassuunas levivad lained muutuvad väga tasakaalustamata.
Selgus, et just sellised tingimused on tavapärased Päikesele lähedases päikesetuules, kus tiirleb ka Parker Solar Probe sond. See teebki selle piirkonna ideaalseteks „laboritingimusteks“ spiraalbarjääri uurimiseks.
Pikaajaline tähtsus Päikese füüsikas ja mujal
Uuringu juht, kosmoseplasma füüsika ekspert dr Christopher Chen Queen Mary ülikoolist rõhutab, et töö olulisus seisneb selgetes tõendites spiraalbarjääri olemasolu kohta. See aitab vastata ammu püstitatud küsimustele:
- miks Päikese kroona nii tugevalt soojeneb,
- kuidas päikesetuul kiirendub,
- miks Päikese atmosfääris esinevad teatud iseloomulikud temperatuurijooned,
- miks päikesetuul näib katkendlike ja muutlike voogudena.
Need avastused võimaldavad paremini mõista, kuidas väikese mastaabi füüsikalised protsessid on seotud kogu heliosfääri käitumisega. Lisaks võib see aidata välja töötada täpsemaid kosmiliste ilmade prognoose, mis on olulised nii satelliitide kui ka side- ja navigatsioonisüsteemide kaitsel.
Universaalne tähendus kogu universumis
Oluline on rõhutada, et selle avastuse mõju ei piirdu üksnes meie Päikesega. Paljud kuumad ja hõredad plasmakeskkonnad universumis on samuti peaaegu ilma osakestevaheliste kokkupõrgeteta.
Arusaam, kuidas sellistes keskkondades energia soojuseks muundub, on äärmiselt tähtis kogu astrofüüsika jaoks. Spiraalbarjääri otsene vaatluskinnitus päikesetuules annab ainulaadse võimaluse uurida neid keerukaid protsesse väga lähedalt ja rakendada saadud teadmisi teiste tähtede ja galaktiliste plasmasüsteemide mõistmisel.
