Zonnewinddeeltjes georganiseerd door de stroomsnelheid

Ruimtefysica

De zon werd nooit eerder van zo nabij in beeld gebracht als door de twee nieuwste zonnesatellieten: de Parker Solar Probe (NASA), gelanceerd in 2018, en de Solar Orbiter (ESA), gelanceerd in februari 2020. Zij observeren de deeltjes in de zonnewind en de poolgebieden van de zon als nooit tevoren. In combinatie met eerdere waarnemingen laten ze ons toe om de aanwezigheid van heel energetische (suprathermale) deeltjes dicht bij de zon te bepalen, die aan de oorsprong liggen van de versnelling van de zonnewind en mogelijkerwijs de opwarming van de corona.

De snelheidsverdelingen van de verschillende zonnewinddeeltjes, die ter plaatse gemeten worden, worden gebruikt om hun macroscopische eigenschappen (de momenten) te bepalen, zoals hun getaldichtheden n, snelheden u, temperaturen T,... Deeltjespopulaties uit de kern van de zonnewind worden nog steeds gecontroleerd door binaire botsingen, en daarom volgen ze een Maxwelliaans-achtige verdeling. Suprathermale deeltjespopulaties uit de halo daarentegen zijn praktisch botsingsvrij (ze zijn minder dicht en veel heter) en volgen daarom eerder een zogenaamde Kappa-verdeling.

Om de convergentie van de momenten te verzekeren, zou het fitten van een empirische Kappa-verdeling aan de waarnemingen een voldoende grote kappa-parameter vereisen. Een nieuwe geregulariseerde Kappa-verdeling met een Maxwelliaans-achtige staart van de verdeling verzekert echterde convergentie van de momenten van een willekeurige orde en beperkt de deeltjessnelheden tot waarden onder de lichtsnelheid in vacuüm.

We hebben verbanden bepaald, directe correlaties of anticorrelaties, tussen de snelheid van de zonnewind en de fysische eigenschappen van zonnewinddeeltjes op 0,4 en 1 Astronomische Eenheid (AE, d.w.z. de afstand tussen de Zon en de Aarde) en we vonden dat:

De anticorrelatie tussen de snelheid en de gemiddelde getaldichtheid die bij 0,4 AE werd waargenomen, bleef ook bij 1 AE geldig voor zowel de kern- als de halo-elektronen.
Daarentegen vertonen alleen de kernelektronen een duidelijke anticorrelatie van de temperatuur met de snelheid, terwijl de halotemperatuur niet veel varieert.
Ionen, protonen en heliumdeeltjes hebben een sterk verminderde mobiliteit en hun eigenschappen vertonen verschillende variaties met de zonnewindsnelheid.

Deze resultaten worden gebruikt om meer licht te werpen op de mechanismen die leiden tot een differentiële versnelling van deze soorten en de oorsprong van langzame en snelle windmodulatie. Dergelijke resultaten zijn ook belangrijk om de evolutie van de verdelingsfuncties van de deeltjes met de radiale afstand te bepalen en om de fysische mechanismen die betrokken zijn bij hun variaties beter te begrijpen door ze op te nemen in de modellen.

Meer weten?

Pierrard, V., Lazar, M., and Štverák, S. (2020). Solar wind plasma particles organized by the flow speed. Solar Physics, 295, A151. https://doi.org/10.1007/s11207-020-01730-z
Lazar, M., Pierrard, V., Poedts, S., and Fichtner, H. (2020). Characteristics of solar wind suprathermal halo electrons. Astronomy & Astrophysics, 642, A130. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202038830
Lazar, M., Scherer, K., Fichtner, H., and Pierrard, V. (2020). Towards a realistic macroscopic parametrization of space plasmas with regularized Kappa-distribution. Astronomy & Astrophysics, 634, A20. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201936861

Getaldichtheid in m-3 van de elektronen uit de kern van de zonnewind als functie van de snelheid bij 0,35-0,45 AU. De zwarte punten komen overeen met gemiddelde waarden en de verticale lijnen met standaard foutenbalken. Figuur uit Pierrard et al., 2020.

Getaldichtheid in m-3 van de elektronen uit de halo van de zonnewind als functie van de snelheid bij 0,35-0,45 AU. De zwarte punten komen overeen met gemiddelde waarden en de verticale lijnen met standaard foutenbalken. Figuur uit Pierrard et al., 2020.

2021