DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk6953
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39208109
تاريخ النشر: 2024-08-29
المؤلف: Yeimy J. Rivera وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات البلازما الشمسية والفضائية
نظرة عامة
يقدم هذا القسم نظرة عامة على سلوك الرياح الشمسية أثناء ابتعادها عن كورون الشمس، مشيرًا إلى أن الرياح الشمسية تتسارع وتبرد بمعدل أبطأ مما هو متوقع لغاز أديباتي حر التوسع. باستخدام قياسات في الموقع من مسبار باركر الشمسي ومركبة سولار أوربيتر، تفحص الدراسة تيارًا محددًا من الرياح الشمسية أثناء سفره عبر الهيليوسفير الداخلي. تشير النتائج إلى وجود تسخين وتسارع ملحوظين للبلازما يحدثان بين الحافة الخارجية لكورون الشمس والهيليوسفير الداخلي، مما يقترح تفاعلات معقدة تنحرف عن النماذج التقليدية لديناميات الرياح الشمسية.
نقاش
في هذا القسم، يتم تحليل تطور تيار البلازما بين مسبار باركر الشمسي ومركبة سولار أوربيتر، كاشفًا عن سرعات مميزة تبلغ 386 ± 26 كم/ث و512 ± 15 كم/ث، على التوالي. تشير بيانات باركر، على الرغم من تصنيفها كرياح شمسية بطيئة، إلى أن التيار يتسارع أثناء سفره من 13.3 R⊙ إلى 127.7 R⊙ من الشمس. تؤكد الدراسة الحفاظ على الكتلة والتدفق المغناطيسي، مع عامل ضغط محسوب يبلغ 10 ± 9% عند سولار أوربيتر، مما يشير إلى أن التيار ينضغط أكثر من التغير المتوقع 1/r² لعمود التدفق المتوسع. يتم أيضًا الحفاظ على حفظ الطاقة ضمن عدم اليقين في القياسات، مع قيم تدفق الطاقة تبلغ 45.7 ± 6.6 عند باركر و48.0 ± 3.6 عند سولار أوربيتر، مما يشير إلى أن إجمالي الطاقة المنقولة عبر منطقة مقطع عرضي متساوي عند كلا المركبتين.
تستكشف المناقشة أيضًا تسارع وتسخين تيار الرياح الشمسية، مستخدمةً معادلة بوليترابيك لحالة النموذج لتصميم الديناميكا الهيدروليكية. يتم فحص ثلاثة سيناريوهات بوليترابيك: التوسع الأديباتي الحر، نموذج ملائم، ونموذج يتضمن قوى ضغط الموجات. تشير النتائج إلى أن تضمين طاقة موجات ألفين ضروري لمطابقة التسارع الملحوظ بين المركبتين. تقدر الدراسة أن العمل الميكانيكي الناتج عن انخفاض ضغط الموجات وتدرج الضغط الحراري أقل بكثير من إجمالي تدفق طاقة الموجات، مما يشير إلى أن موجات ألفين ذات السعة الكبيرة تتلاشى، على الأرجح محولة الطاقة إلى حرارة من خلال الاضطراب. تساهم هذه التبدد في التسخين والتسارع الملحوظين للبلازما، متجاوزة التوقعات للتوسع الأديباتي الحر، مما يبرز دور الهياكل الألفينية في ديناميات الرياح الشمسية.
DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk6953
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39208109
Publication Date: 2024-08-29
Author(s): Yeimy J. Rivera et al.
Primary Topic: Solar and Space Plasma Dynamics
Overview
The section presents an overview of the behavior of solar wind as it moves away from the Sun’s corona, highlighting that the solar wind accelerates and cools at a rate slower than anticipated for a freely expanding adiabatic gas. Utilizing in situ measurements from the Parker Solar Probe and Solar Orbiter spacecraft, the study examines a specific stream of solar wind as it travels through the inner heliosphere. The findings indicate that there is notable heating and acceleration of the plasma occurring between the outer edge of the solar corona and the inner heliosphere, suggesting complex interactions that deviate from traditional models of solar wind dynamics.
Discussion
In this section, the evolution of the plasma stream between the Parker Solar Probe and the Solar Orbiter is analyzed, revealing distinct speeds of 386 ± 26 km/s and 512 ± 15 km/s, respectively. The Parker data, while classified as slow solar wind, indicates that the stream accelerates as it travels from 13.3 R⊙ to 127.7 R⊙ from the Sun. The study confirms the conservation of mass and magnetic flux, with a calculated compression factor of 10 ± 9% at Solar Orbiter, suggesting that the stream compresses more than the expected 1/r² variation for an expanding flux tube. Energy conservation is also upheld within measurement uncertainties, with energy flux values of 45.7 ± 6.6 at Parker and 48.0 ± 3.6 at Solar Orbiter, indicating that the total energy transported through a cross-sectional area is equal at both spacecraft.
The discussion further explores the acceleration and heating of the solar wind stream, employing a polytropic equation of state to model the hydrodynamics. Three polytropic scenarios are examined: free adiabatic expansion, a fitted model, and a model incorporating wave pressure forces. The results suggest that the inclusion of Alfvén wave energy is essential for matching the observed acceleration between the two spacecraft. The study estimates that the mechanical work done from wave pressure decline and thermal pressure gradient is significantly lower than the total wave energy flux, indicating that large amplitude Alfvén waves are damped, likely converting energy into heat through turbulence. This dissipation contributes to the observed heating and acceleration of the plasma, exceeding expectations for free adiabatic expansion, thereby highlighting the role of Alfvénic structures in the solar wind dynamics.