Sončni veter se skozi Osončje širi kot neprekinjen tok električno nabitih delcev, v katerem se magnetna polja nenehno spreminjajo. Znanstveniki so zdaj s pomočjo Nasine sonde Parker Solar Probe v tem navideznem kaosu odkrili presenetljivo pravilnost. Magnetna nihanja na različnih merilih kažejo nasprotni prevladujoči smeri vrtenja, značilnosti tega pojava pa se z oddaljevanjem od Sonca spreminjajo na način, ki ga dosedanje preproste razlage ne pojasnijo. Odkritje, predstavljeno 13. oktobra 2026, odpira novo poglavje v raziskovanju vesoljske plazme.

Simbolična slika prikazuje Nasino sondo Parker Solar Probe v bližini Sonca (slika: Dnevne Novice / AI ilustracija)

Meritve so razkrile doslej nepojasnjen vzorec v magnetnih nihanjih sončnega vetra.

Sončni veter iz Sončeve zunanje atmosfere neprestano odnaša električno nabite delce v medplanetarni prostor. Skupaj z njimi se širi magnetno polje, ki ustvarja zapleten preplet valovanj in turbulentnih nihanj. Čeprav znanstveniki sončni veter proučujejo že desetletja, še vedno ne razumejo povsem, kako se njegove magnetne značilnosti spreminjajo med potovanjem skozi Osončje in kako se energija prenaša med različnimi velikostmi turbulentnega gibanja.

Mednarodna skupina raziskovalcev iz desetih držav je zdaj podrobneje proučila magnetno heličnost, fizikalno količino, povezano z zvitostjo in medsebojno prepletenostjo magnetnih struktur. V podatkih sonde Parker Solar Probe so prepoznali dva izrazita vrhova z nasprotnima predznakoma. Takšen vzorec znanstveniki imenujejo biheličnost, saj kaže na različno prevladujočo usmerjenost magnetnih nihanj na različnih merilih.

Raziskovalce je posebej pritegnilo spreminjanje teh vrhov z oddaljenostjo od Sonca. Oba se pomikata proti nižjim frekvencam, vendar njun razvoj ne sledi pričakovanjem, ki bi temeljila zgolj na lokalnih merilih gibanja ionov. Ugotovitve, objavljene v reviji The Astrophysical Journal Letters, zato predstavljajo pomembno novo podlago za preverjanje teorij magnetne turbulence.

V navideznem kaosu odkrili nepričakovano pravilnost

Turbulenco poznamo iz vsakdanjega življenja. Opazimo jo v vrtinčenju vode ali občutimo med letalskim poletom, ko se zrak sunkovito premika. V sončnem vetru pa ne gre za običajno tekočino, temveč za plazmo, v kateri imajo odločilno vlogo električna in magnetna polja. Ker je snov zelo razredčena, so neposredni trki med delci razmeroma redki. Njihovo skupno gibanje zato zahteva drugačne fizikalne razlage od tistih, ki jih uporabljamo pri običajnih tekočinah.

Pri analizi magnetnih nihanj so znanstveniki ugotovili, da na večjih prostorskih merilih prevladuje ena smer njihovega vrtenja, na manjših pa nasprotna. Razlika se v spektru magnetne heličnosti pokaže kot sprememba predznaka. To ne pomeni, da se celotno magnetno polje sončnega vetra nenadoma obrne, temveč da se prevladujoča usmerjenost njegovih turbulentnih nihanj razlikuje glede na merilo opazovanja.

Kot je ob predstavitvi odkritja pojasnila Tehniška univerza Braunschweig, mednarodno raziskovalno sodelovanje vodi njen Inštitut za teoretično fiziko. Prvi avtor raziskave Masatomi Iizawa je izpostavil, da so znanstveniki kljub izrazito turbulentnemu gibanju prepoznali jasno spektralno strukturo. Posebej pomembno je bilo opažanje, da se sprememba predznaka pojavi prav na prehodu med dvema načinoma fizikalnega opisovanja plazme.

Na večjih prostorskih merilih jo lahko obravnavamo kot električno prevodno tekočino. Takšen opis uporablja magnetohidrodinamika. Na manjših merilih pa postane pomembno gibanje posameznih nabitih delcev, zato je potreben kinetični opis. Prehod med obema območjema je za raziskovalce posebej zanimiv, saj se tam spreminjajo procesi, ki vplivajo na razvoj turbulence in prenos energije.

Za analizo so uporabili meritve, zbrane na razdaljah približno od 0,1 do 0,8 astronomske enote od Sonca. Ena astronomska enota ustreza približni povprečni razdalji med Zemljo in Soncem. Primerjava podatkov je pokazala, da se oba značilna vrhova magnetne heličnosti z oddaljevanjem od Sonca sistematično pomikata proti nižjim frekvencam. Takšen premik je mogoče povezati z razvojem proti večjim značilnim prostorskim merilom, vendar ne gre za neposredno merjenje velikosti posameznih magnetnih struktur. Pri pretvorbi frekvenc v prostorska merila je namreč treba upoštevati približke, povezane s hitrostjo sončnega vetra.

Zakaj je odkritje pomembno tudi za Zemljo?

Sončni veter dosega tudi območje Zemljine orbite, kjer njegovo delovanje večinoma omejuje magnetosfera. Ta naš planet varuje pred velikim delom neposrednega vpliva nabitih delcev, vendar lahko ob izrazitejših spremembah razmer v medplanetarnem prostoru nastanejo geomagnetne nevihte. Takrat lahko opazujemo polarni sij, ob močnejših motnjah pa se lahko pojavijo tudi težave pri delovanju satelitov, radijskih komunikacij, navigacijskih sistemov in električnih omrežij.

Za razvoj takšnih dogodkov so pomembne lastnosti plazme in magnetnega polja, ki spremljata tok delcev iz Sonca. Na Dnevnih Novicah smo že poročali, kako je močan Sončev izbruh sprožil oblak plazme proti Zemlji. Izbruhi in z njimi povezani oblaki plazme niso isti pojav kot turbulenca, ki jo obravnava nova raziskava, vendar se njihovi vplivi širijo skozi isto medplanetarno okolje.

Magnetna turbulenca vpliva na prenos energije in razvoj motenj v sončnem vetru. Njeno razumevanje je zato pomembno za fizikalne modele, s katerimi znanstveniki opisujejo razmere med Soncem in Zemljo. Nova raziskava ponuja dodatne podatke za preverjanje teh modelov, predvsem na območju, kjer se obnašanje plazme ne ujema več povsem z opisom električno prevodne tekočine.

Širši pomen ugotovitev so predstavili tudi na Univerzi v Tokiu. Podobni fizikalni procesi se pojavljajo v Zemljini magnetosferi in drugih vesoljskih okoljih, kjer se električno nabiti delci gibljejo pod vplivom magnetnih polj. Raziskava tako ni pomembna le za proučevanje Sonca, temveč tudi za širše razumevanje fizike plazme.

Odkritje sicer še ne pomeni, da bodo znanstveniki lahko neposredno izboljšali napovedovanje geomagnetnih neviht. Raziskava obravnava temeljni fizikalni pojav, katerega vlogo v širšem razvoju sončnega vetra bo treba še pojasniti. Njena vrednost je predvsem v novih opazovalnih podatkih, ki omogočajo natančnejše preverjanje obstoječih teorij.

Parker Solar Probe razkriva dogajanje v bližini Sonca

Nasina sonda Parker Solar Probe, izstreljena avgusta 2018, je bila zasnovana za raziskovanje Sončeve zunanje atmosfere in procesov, povezanih z nastajanjem sončnega vetra. Njena pot jo vodi izjemno blizu Sonca, zato lahko zbira podatke iz območij, ki so bila za neposredne meritve dolgo nedosegljiva. Instrumenti na krovu spremljajo magnetna in električna polja ter lastnosti nabitih delcev.

Za proučevanje turbulence so takšne meritve posebej dragocene. Znanstveniki lahko primerjajo magnetna nihanja na različnih frekvencah in spremljajo, kako se njihove značilnosti spreminjajo z oddaljenostjo od Sonca. Podatki jim omogočajo preverjanje fizikalnih razlag, ki bi jih bilo zgolj z oddaljenimi opazovanji težko preizkusiti.

V novi raziskavi so analizirali frekvenčne spektre magnetne heličnosti in preverjali, kako se položaja obeh značilnih vrhov spreminjata glede na lokalna ionska merila. Rezultati so pokazali sistematičen premik proti nižjim frekvencam. Tudi pri primerjavi z lokalno ciklotronsko frekvenco protonov in značilno ionsko dolžinsko skalo se vrhova nista ustalila pri eni nespremenljivi vrednosti. To kaže, da samo lokalna ionska merila ne zadostujejo za opis opaženega razvoja.

Ugotovitve so predstavljene v znanstvenem članku Nonlocal Evolution of Magnetic Helicity across the Magnetohydrodynamic–Kinetic Interface, objavljenem v reviji The Astrophysical Journal Letters. Avtorji obravnavajo razvoj magnetne heličnosti na prehodu med magnetohidrodinamičnim in kinetičnim območjem ter njegove posledice za modele nelokalnega prenosa. Pri takšnem prenosu lahko na dogajanje na določenem merilu vplivajo tudi procesi na precej drugačnih merilih.

Rezultati so pomembni tudi za razumevanje tako imenovane heličnostne pregrade. Gre za teoretični koncept, po katerem lahko ohranjanje heličnosti v določenih razmerah omejuje prenos turbulentne energije proti manjšim merilom. Nova raziskava ponuja dodatne podatke za preverjanje takšnih razlag, vendar sama po sebi še ne dokazuje, da je prav ta mehanizem povzročil opaženi vzorec.

Kaj bodo znanstveniki raziskovali v prihodnje?

Osrednje odprto vprašanje ostaja, kateri procesi povzročajo opaženi razvoj magnetne heličnosti. Meritve kažejo jasno spremembo značilnih spektralnih vrhov z oddaljenostjo od Sonca, vendar same po sebi še ne določajo fizikalnega mehanizma, ki jo ustvarja. Za odgovor bodo pomembne primerjave z numeričnimi simulacijami in modeli, ki opisujejo povezave med različnimi velikostmi turbulentnih nihanj.

Raziskovalci bodo morali preveriti tudi, kako se podobne značilnosti razvijajo pri drugačnih razmerah v plazmi. Hitrost in gostota sončnega vetra se spreminjata, prav tako lastnosti magnetnega polja. Dodatne analize bi lahko pokazale, kateri dejavniki najbolj vplivajo na opaženi vzorec in ali gre za splošnejšo značilnost magnetne turbulence.

Pomen takšnih raziskav sega tudi zunaj našega Osončja. Magnetizirana plazma je razširjena po vesolju, podobna fizikalna vprašanja pa se pojavljajo pri proučevanju drugih astrofizikalnih okolij. Boljše razumevanje prenosa energije in razvoja magnetnih nihanj lahko zato prispeva k fizikalnim teorijam, ki jih znanstveniki uporabljajo precej dlje od neposredne bližine Sonca.

Parker Solar Probe ni zaznala nove nevarnosti za Zemljo. Njene meritve so razkrile doslej nepojasnjeno zakonitost v magnetnih nihanjih sončnega vetra. Raziskovalci zdaj bolje poznajo njen razvoj, naslednji izziv pa je ugotoviti, kateri fizikalni procesi jo povzročajo.