Аннотация:В 1958 году известный астроном Юджин Паркер предсказал существование
солнечного ветра — потока ионизированных частиц, истекающих из солнечной короны
в межпланетное космическое пространство со скоростями порядка 400 км/c. В 2018
году с площадки SLC-37 мыса Канаверал был запущен названный в его честь спутник
Parker Solar Probe (PSP), цель которого была исследовать и понять структуру
солнечного ветра, механизмы его ускорения и формирования. За 4 года работы миссии
были собраны уникальные данные как на околоземной орбите, так и на сверхблизких
расстояниях к звезде. В число важнейших результатов входят данные о структуре
плазменной турбулентности солнечного ветра и ее эволюции при движении от Солнца
к нашей планете.
Данные PSP показали как ожидаемые вещи, например, падение плотности
магнитной энергии при удалении от Солнца во всей спектральной области, так и
неожиданные, такие как, например, наличие двух изломов в спектральной плотности
магнитной энергии на больших и малых масштабах. Эти изломы играют весьма
важную роль в понимании термодинамических процессов, происходящих в солнечном ветре. И если причина излома на малых масштабах примерно ясна — на субионном
масштабе электронные процессы начинают играть более важную роль, чем ионные, то
причина излома на больших масштабах не очень понятна. И главное, не понятна
динамика крупномасштабного излома — экспериментальные данные показывают, что
при удалении от Солнца он перемещается в область все больших масштабов. Основной
гипотезой такой крупномасштбаной трансформации в настоящее время предполагается
свободное вырождение турбулентности, которое мы и проверяем в нашей работе в
рамках оболочечной модели.
Оболочечные (или каскадные) модели для систем гидродинамического типа,
формализованные А.М. Обуховым в 1981 году, используются для изучения
спектрального каскада энергии и спиральности. Они представляют из себя Фурьеаналог систем магнито- и гидродинамики, в которых образы нелинейных слагаемых
приближаются линейной комбинацией квадратичных нелинейностей, моделирующих
обмен энергией между соседними спектральными оболочками. Ключевым моментом
при подборе квадратичной нелинейности является выполнение интегралов движения —
в нашем случае, предполагая выполнение законов сохранения полной энергии,
магнитной и перекрестной спиральности, мы используем модель, разработанную
П.Г.Фриком и описывающую процесс эволюции МГД-турбулентности. В частности,
нас интересует эволюция излома на больших масштабах, поэтому в начальный момент
времени мы задаем спектр с необходимым изломом и наблюдаем за его динамикой в
процессе свободного вырождения.
Авторы хотели бы выразить искреннюю благодарность П.Г. Фрику за полезные
советы и предоставленную оболочечную модель, а также команде Parker Solar Probe и
CDAWEB за предоставленные спутниковые данные. Работа поддержана грантом фонда
БАЗИС N 21-1-3-63-1.