بادهای خورشیدیِ گرم و سرد

یون‌های تشکیل‌دهنده بادهای خورشیدی، دمای یکسانی ندارند و ناهمسانگردی شدیدی در دمای یونی مشاهده می شود. مدلی با معرفی امواج سیکلوترون یون، که نوعی از امواج پلاسمایی هستند، علت این پدیده را توضیح می‌دهد. این مدل بر اساس سرعت یون‌ها و بر همکنش‌شان با امواج سیکلوترون یون است.


یکی از بزرگترین معماها در مورد بادهای خورشیدی این است که چرا یون‌های مشخصی در این باد، گرم‌تر از سایر یون‌ها هستند. برای مثال، به طور متوسط ، دمای یون‌های هلیوم 5 برابر دمای یون‌های هیدروژن است. جاستین کاسپر (Justin Kasper) و همکارانش از مرکز اسمیت سونیان- هاروارد، ماساچوسوست، در مجله Physical Review Letter مدلی را ارائه کرده اند که اثبات می‌کند امواج پلاسمایی مشخصی، به نام امواج سیکلوترون یون، یون‌های سنگین‌تر که با سرعت کمتر از سرعت آستانه حرکت می‌کنند را بیشتر حرارت می‌دهد.بادهای خورشیدی از الکترون‌ها، پروتون‌ها (یون‌های هیدروژن)، و مقدار کمی از یون‌های سنگین تشکیل شده‌اند. این پلاسما به شدت رقیق است، به طوری که تقریبا 40 یون در هر قاشق چای خوری در فاصله مداری زمین از خورشید وجود دارد، ولی با این وجود، آن طور که از توزیع سرعت پروتون نتیجه می‌شود، دمای این باد بالای 100000 کلوین است. علت این دمای بالا هنوز ناشناخته است، اما نوعی از امواج مختلف پلاسمایی، که افت و خیزهایی در توزیع ذرات باردار هستند، یکی از مناسب‌ترین کاندیدها برای علت این پدیده است. امواج سیکلوترون یون، امواج پلاسمایی هستند که متناظر با افت و خیزهایی در حرکت دایره‌ای یون‌ها به دور یک میدان مغناطیسی می‌باشند. مدل ارائه شده توسط کاسپر توضیح می‌دهد که چگونه این امواج می‌توانند باد خورشیدی را حرارت دهند و در عین حال اثبات می‌کند که چگونه نوع مشخصی از اتم‌ها، می‌توانند دمای بیشتری داشته باشند. مدل آنها بر این اساس است که گرمای منتقل شده از امواج سیکلوترون به یون ها، زمانی بیش ترین شدت را دارد که یک یون بتواند حداکثر بر هم کنش را با امواجی که نسبت به باد، هم به جلو و هم به عقب حرکت می‌کنند را داشته باشد. این موضوع باعث می‌شود که یون‌های هیدروژن و یون‌هایی که با سرعت بالایی حرکت می‌کنند به خارج رانده شوند. پیش‌بینی های این نظریه برای دماهای یونی و ناهمسانگردی‌های دمایی (یون‌های گرم‌تر عمود بر میدان‌مغناطیسی حرکت می کنند) با مجموعه داده هایی که طی 17 سال از سفینه فضایی Wind بدست آمده، تطابق دارد