Анализ воздействия магнитного нагрева на дисперсионные свойства магнитоакустических волн в солнечной плазме

Одними из физических процессов, которые определяют свойства и параметры различных пространственно-временных структур на Солнце с размерами от ненаблюдаемо малых до сотен мегаметров, являются неадиабатические процессы, такие как объемный нагрев и радиационное охлаждение. В частности, в корональной плазме, тепловое равновесие определяется балансом между процессами нагрева и охлаждения, отличительной особенностью которых является зависимость их мощности от параметров плазмы, таких как, например, температура, плотность и магнитное поле. В связи с этим, возмущение установившихся параметров среды может вызвать тепловой дисбаланс между конкурирующими процессами, вызывая обратную связь между возмущением и средой. Наличие подобной обратной связи может приводить к усилению/затуханию магнитоакустических (МА) волн и дисперсии их фазовой скорости. В солнечной атмосфере МА волны зачастую наблюдаются с помощью космических и наземных приборов в структурах, удерживаемых сильными магнитными полями, например, в корональных петлях, протуберанцах и т.д. Наличие же характерных размеров волноводов, связанных с магнитной структуризацией плазмы, также приводит к дисперсии фазовой скорости волн.
Для того чтобы изучить совместное влияние неоднородности плазмы и теплового дисбаланса, нами с помощью идеальной системы уравнений магнитной гидродинамики с учетом неадиабатических процессов и теории возмущений были получены дисперсионные соотношения для осесимметричных/изгибных МА волн, распространяющихся в солнечной короне. Полученное численное решение уравнений позволило установить, что фазовая скорость медленных волн в длинноволновой части спектра подвержена существенному влиянию дисперсии, определяемой тепловым дисбалансом, а также конечной шириной плазменного слоя. Так, длинноволновым пределом теперь будет являться не классическое выражение для адиабатической трубочной скорости, а модифицированное выражение, учитывающее влияние неадиабатических процессов. Также было установлено, что модифицированная трубочная скорость принимает разные значения в зависимости от вида функциональной зависимости нагрева, от величины магнитного поля. Важно отметить, что для более «сильных» магнитных полей разница в значениях трубочной скорости исчезает. В работе исследовалось затухание МА волн, вызванное тепловым дисбалансом, в условиях корональной плазмы. Как и прежде, для данного случая медленные МА волны подвержены более сильному затуханию, чем быстрые. Причем с увеличением показателя степенной зависимости мощности нагрева от магнитного поля время затухания медленных МА волн уменьшается. Для быстрых волн наоборот, время затухания растет с уменьшением показателя степенной зависимости от магнитного поля.
В работе также был проведен сравнительный анализ результатов, полученных для модели тонкой потоковой трубки и модели магнитного слоя, представленного в данной работе. Было выяснено, что обе модели совпадают в длинноволновом пределе. Однако, кривые фазовой скорости начинают расходиться при переходе между модифицированной трубочной и трубочной скоростях, а для «сильных» магнитных полей около скорости звука внутри слоя. После данного перехода для «сильных» магнитных полей модели полностью совпадают. А в случае, когда напряженность магнитного поля равна 10 Гс, данные модели сильно различаются из-за того, что тонкие потоковые трубки перестают быть «тонкими» для более коротких длин волн.
Работа частично поддержана Министерством образования и науки (проекты FSSS-2023-0009, 0023-2019-0003).