Solar switchback er pludselige og store afbøjninger af solvindens magnetfelt. Switchbacks' dannelsesmekanisme og kilder er stadig uafklarede. Nu har ESA/NASA Solar Orbiter-rumfartøjet fundet overbevisende spor om oprindelsen af disse magnetiske switchbacks.
Solar Orbiter har lavet den første fjernmålingsobservation nogensinde i overensstemmelse med en solomskiftning, hvilket giver et fuldt overblik over strukturen, hvilket bekræfter, at den har en S-formet karakter, som forudsagt. Derudover antyder det globale syn, som dataene fra Solar Orbiter tilbyder, at disse hurtigt varierer magnetiske felter kan have deres oprindelse tæt på Sol.
På trods af det faktum, at talrige rumfartøjer har passeret gennem disse mystiske områder i fortiden, tillader in situ-data kun en måling på et bestemt tidspunkt og på et bestemt tidspunkt. Som følge heraf skal switchbacks struktur og form udledes af målinger af plasma- og magnetfeltegenskaberne optaget på et enkelt sted.
Solar switchbacks viste sig at forekomme hyppigt efter lanceringen af NASA's Parker Solar Probe i 2018. Dette tydede stærkt på, at de hurtige magnetfeltvendinger forekommer mere regelmæssigt tæt på Solen og øgede muligheden for, at magnetfeltknæk bringer dem i form af et S.
Switchbacks er navnet på fænomenet på grund af dets forvirrende adfærd. Med hensyn til, hvordan disse kunne dannes, blev der fremsat flere teorier.
Kredit: ESA & NASA/Solar Orbiter/Metis Teams; D. Telloni et al. (2022)
Den 25. marts 2022 var Solar Orbiter kun en dag væk fra en tæt forbipassering af Solen - og bragte den inden for planetens kredsløb Mercury – og dets Metis-instrument tog data. Metis blokerer lysskæret fra Solens overflade og tager billeder af koronaen.
Omkring 20:39 UT tog Metis et billede af solkoronaen, der viste en forvrænget S-formet knæk i koronalplasmaet. Ifølge Daniele Telloni, National Institute for Astrophysics – Astrophysical Observatory of Torino, Italien – skal det være en solar switchback.
Billedet blev senere sammenlignet med et billede taget med Solar Orbiters Extreme Ultraviolet Imager (EUI) instrument. Det blev konstateret, at kandidatomskiftningen fandt sted over en aktiv region katalogiseret som AR 12972. Yderligere analyse viste, at plasmahastigheden over denne region var meget langsom, som man kunne forvente fra en aktiv region, der endnu ikke har frigivet sine lagrede energi.
Daniele genkendte, at dette lignede switchback-genereringsmekanismen præsenteret af prof. Gary Zank fra University of Alabama i Huntsville, USA. Teorien undersøgte interaktionerne mellem forskellige magnetiske områder nær Solens overflade.
Daniele og Gary beviste, at switchbacks opstår, når der er en interaktion mellem et område med åbne feltlinjer og et område med lukkede feltlinjer. Efterhånden som feltlinjerne stimler sammen, kan de oprette forbindelse igen til mere stabile konfigurationer. Snarere som at knække en pisk, frigiver dette energi og sætter en S-formet forstyrrelse til at rejse ud i rummet, som et forbipasserende rumfartøj ville optage som en tilbagekobling.
Gary Zank sagde, "Det første billede fra Metis, som Daniele viste, foreslog mig næsten øjeblikkeligt de tegnefilm, vi havde tegnet i udviklingen af den matematiske model for en switchback. Det første billede var selvfølgelig kun et øjebliksbillede, og vi måtte dæmpe vores entusiasme, indtil vi havde brugt den fremragende Metis-dækning til at udtrække tidsmæssig information og lave en mere detaljeret spektralanalyse af selve billederne. Resultaterne viste sig at være spektakulære!"
Forskere byggede også en computermodel for adfærd. De fandt ud af, at deres resultater havde en slående lighed med Metis-billedet, især efter at de inkluderede beregninger for, hvordan strukturen ville forlænges under dens udbredelse udad gennem sol corona.
Daniele sagde, "Jeg vil sige, at dette første billede af en magnetisk switchback i solkoronaen har afsløret mysteriet om deres oprindelse."
"Det næste skridt er at forsøge statistisk at forbinde switchbacks observeret in situ med deres kildeområder på Solen. Med andre ord at få et rumfartøj til at flyve gennem den magnetiske vending og være i stand til at se, hvad der er sket på soloverfladen. Dette er præcis den slags forbindelsesvidenskab, som Solar Orbiter er designet til at udføre, men det betyder ikke nødvendigvis, at Solar Orbiter skal flyve gennem switchback. Det kunne være et andet rumfartøj, såsom Parker Solar Probe. Så længe in-situ data og fjernmålingsdata er samtidige, kan Daniele udføre korrelationen."
Daniel Müller, ESA-projektforsker for Solar Orbiter, sagde, "Det er præcis den slags resultat, vi håbede på med Solar Orbiter. Vi får flere data fra vores pakke med ti instrumenter med hver bane. Baseret på resultater som denne, vil vi finjustere de observationer, der er planlagt til Solar Orbiters næste solmøde for at forstå, hvordan Solen forbinder til det bredere magnetiske miljø i Solsystem. Dette var Solar Orbiters allerførste tætte pas til Solen, så vi forventer, at der kommer mange flere spændende resultater."
Journal Reference:
- Daniele Telloni, Gary P. Zank et al. Observation af en magnetisk switchback i Solar Corona. The Astrophysical Journal Letters 936 L25. DOI: 10.3847/2041-8213/ac8104
