Het belang van suprathermische elektronen
Met behulp van een exosferisch model gebaseerd op Kappa-verdelingen, heeft BIRA’s “Zonnewind”-team aangetoond dat de aanwezigheid van suprathermische deeltjes, en in het bijzonder van een verhoogde populatie elektronen (eV tot enkele keV) in de lagere corona, de coronale verhitting en de versnelling van de snelle zonnewind kan verklaren ([1] voor een overzicht).
Suprathermische deeltjes zijn geladen ionen en elektronen die zich verplaatsen met snelheden die twee tot enkele honderden malen sneller zijn dan het thermische plasma van de zonnewind. Het feit dat de ontsnappende elektronen verdeeld zijn volgens een machtswet 'in de staart' verhoogt de elektrische potentiaal en versnelt de wind tot de waarden die worden waargenomen in de hoge-snelheid zonnewind, terwijl de temperaturen in de zonnecorona realistisch blijven. Daarom was het van cruciaal belang te bepalen of deze suprathermische staarten, die in de zonnewind op grote afstand worden waargenomen, ook op korte afstand aanwezig zijn.
Waarnemingen van Parker Solar Probe
De aanwezigheid van suprathermische elektronen nabij de Zon is nu bevestigd door waarnemingen van PSP, dat in 2022 de snelheidsverdelingsfuncties van zonnedeeltjes op radiale afstanden van minder dan 15 Rs (zonneradii) kon meten. De baan van PSP is weergegeven in Figuur 2 en toont een perihelium zeer dicht bij de zon. In 2024 zal PSP zelfs afstanden van minder dan 10 Rs bereiken.
Figuur 3 toont een voorbeeld van elektronensnelheidsverdelingen gemeten door NASA's WIND 3D-plasma-analysator op 1 A.E. (astronomische eenheid): blauw in de parallelle richting en zwart in de richting loodrecht op het magnetisch veld [1]. In het rood de nieuwe PSP-waarnemingen bij 29 Rs in de parallelle richting. Maxwelliaanse fits van de kern (ononderbroken lijnen) en de halo (stippellijnen) van WIND (zwart) en PSP (rood) waarnemingen worden ook getoond, en tonen de aanwezigheid van suprathermische deeltjes. We bestuderen de radiale evolutie van de suprathermische halopopulatie en de invloed daarvan op de kern [2].
Nieuwe PSP-waarnemingen hebben ook breedbandige elektrostatische golven gedetecteerd in de zonnewind nabij de zon [3]. Samen met Chinese collega's hebben we verschillende artikels gepubliceerd over het optreden van verschillende instabiliteiten waarvan de evolutie wordt verwacht en waargenomen in verschillende omstandigheden van de zonnewind, en op verschillende heliocentrische afstanden. De niet-lineaire evolutie van instabiliteiten en plasmaturbulentie in de zonnewind wordt ook bestudeerd in het Fed-tWIN project ENERGY.
References
- Pierrard V., M. Lazar, M. Maksimovic (2021), Suprathermal populations and their effects in space plasmas: Kappa vs. Maxwellian, and Maksimovic M., A. Walsh, V. Pierrard, S. Stverak, I. Zouganelis, Electron Kappa distributions in the solar wind: cause of the acceleration or consequence of the expansion?, Chapters in book “Kappa Distributions, From Observational Evidences via Controversial Predictions to a Consistent Theory of Nonequilibrium Plasmas”, Editors: M. Lazar and H. Fichtner (Springer/Nature-Astrophysics and Space Science Library), p. 15-38, eBook ISBN 978-3-030-82623-9, Print ISBN 978-3-030-82622-2.
- Pierrard V., M. Lazar, S. Stverak (2022), Implications of the Kappa Suprathermal Halo of the Solar Wind Electrons, Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 9, doi: 10.3389/fspas.2022.892236.
- Zhao J., Malaspina M. D., Dudok De Wit T., Pierrard V., Voitenko, Y., Lapenta G., Poedts, S. Bale S. D., Kasper J. C., Larson D., Livi R., Whittlesey P. (2022), Broadband Electrostatic Waves in the Near-Sun Solar Wind Observed by the Parker Solar Probe, The Astrophysical Journal Letters, 938(2): L21, doi: 10.3847/2041-8213/ac92e3.
- Heliospheric Energy Budget: From Kinetic Scales to Global Solar Wind Dynamics
Gerelateerd
