Solar Switchback ist eine plötzliche und große Ablenkung des Magnetfelds des Sonnenwinds. Der Entstehungsmechanismus und die Quellen der Serpentinen sind noch ungelöst. Jetzt hat die ESA/NASA-Raumsonde Solar Orbiter überzeugende Hinweise auf den Ursprung dieser magnetischen Serpentinen gefunden.
Solar Orbiter hat die allererste Fernerkundungsbeobachtung durchgeführt, die mit einer Sonnenwende in Einklang steht und einen vollständigen Überblick über die Struktur bietet, was bestätigt, dass sie wie vorhergesagt einen S-förmigen Charakter hat. Darüber hinaus deutet die globale Ansicht, die die Daten des Solar Orbiter bieten, darauf hin, dass diese schnell variieren Magnetfelder können ihren Ursprung in der Nähe haben Sun.
Auch wenn in der Vergangenheit zahlreiche Raumfahrzeuge diese mysteriösen Regionen passiert haben, erlauben die In-situ-Daten nur eine Messung zu einem bestimmten Zeitpunkt. Daher müssen Struktur und Form der Spitzkehre aus Messungen der Plasma- und Magnetfeldeigenschaften abgeleitet werden, die an einem einzigen Ort aufgezeichnet wurden.
Es wurde festgestellt, dass die Solar-Switchbacks nach dem Start häufig auftreten Parker Solar Probe der NASA im Jahr 2018. Dies deutet stark darauf hin, dass die schnellen Magnetfeldumkehrungen regelmäßiger in der Nähe der Sonne auftreten, und erhöht die Möglichkeit, dass Magnetfeldknicke sie in Form eines S hervorrufen.
Switchbacks ist der Name, der dem Phänomen aufgrund seines verwirrenden Verhaltens gegeben wurde. Wie diese entstehen könnten, wurden mehrere Theorien aufgestellt.
Kredit: ESA & NASA/Solar Orbiter/Metis Teams; D. Telloniet al. (2022)
Am 25. März 2022 war Solar Orbiter nur einen Tag von einem nahen Vorbeiflug an der Sonne entfernt – und brachte sie in die Umlaufbahn des Planeten Merkur – und sein Metis-Instrument nahm Daten auf. Metis blendet den grellen Lichtschein der Sonnenoberfläche aus und fotografiert die Korona.
Um etwa 20:39 UT nahm Metis ein Bild der Sonnenkorona auf, das einen verzerrten S-förmigen Knick im koronalen Plasma zeigte. Laut Daniele Telloni vom National Institute for Astrophysics – Astrophysical Observatory of Torino, Italien – muss es sich um eine Sonnenwende handeln.
Das Bild wurde später mit einem Bild verglichen, das vom Instrument Extreme Ultraviolet Imager (EUI) von Solar Orbiter aufgenommen wurde. Es wurde festgestellt, dass der mögliche Switchback über einer als AR 12972 katalogisierten aktiven Region stattfand. Weitere Analysen zeigten, dass die Geschwindigkeit des Plasmas über dieser Region sehr langsam war, wie man es von einer aktiven Region erwarten würde, die ihre gespeicherte Energie noch freigeben muss Energie.
Daniele erkannte, dass dies dem Switchback-Erzeugungsmechanismus ähnelt, der von Prof. Gary Zank von der University of Alabama in Huntsville, USA, vorgestellt wurde. Die Theorie untersuchte die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen magnetischen Bereichen in der Nähe des Die Oberfläche der Sonne.
Daniele und Gary haben bewiesen, dass Spitzkehren auftreten, wenn es eine Wechselwirkung zwischen einer Region mit offenen Feldlinien und einer Region mit geschlossenen Feldlinien gibt. Wenn sich die Feldlinien zusammendrängen, können sie sich wieder zu stabileren Konfigurationen verbinden. Ähnlich wie beim Knallen einer Peitsche setzt dies Energie frei und löst eine S-förmige Störung aus, die sich in den Weltraum ausbreitet, die ein vorbeifliegendes Raumschiff als eine Kehrtwende aufzeichnen würde.
Gary Zank sagte: „Das erste Bild von Metis, das Daniele zeigte, erinnerte mich fast sofort an die Cartoons, die wir bei der Entwicklung des mathematischen Modells für eine Spitzkehre gezeichnet hatten. Natürlich war das erste Bild nur eine Momentaufnahme, und wir mussten unseren Enthusiasmus dämpfen, bis wir die hervorragende Metis-Abdeckung genutzt hatten, um zeitliche Informationen zu extrahieren und eine detailliertere Spektralanalyse der Bilder selbst durchzuführen. Die Ergebnisse erwiesen sich als spektakulär!“
Wissenschaftler erstellten auch ein Computermodell des Verhaltens. Sie fanden heraus, dass ihre Ergebnisse eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit dem Metis-Bild aufwiesen, insbesondere nachdem sie Berechnungen dazu einbezogen hatten, wie sich die Struktur während ihrer Ausbreitung nach außen durch das ausdehnen würde Sonnenkorona.
Daniel sagte, „Ich würde sagen, dass dieses erste Bild eines magnetischen Switchbacks in der Sonnenkorona das Geheimnis ihres Ursprungs enthüllt hat.“
„Der nächste Schritt besteht darin, zu versuchen, vor Ort beobachtete Serpentinen statistisch mit ihren Ursprungsregionen auf der Sonne zu verknüpfen. Mit anderen Worten, ein Raumschiff durch die magnetische Umkehrung fliegen zu lassen und zu sehen, was auf der Sonnenoberfläche passiert ist. Dies ist genau die Art von Verknüpfungswissenschaft, für die Solar Orbiter entwickelt wurde, aber das bedeutet nicht unbedingt, dass Solar Orbiter durch die Serpentine fliegen muss. Es könnte ein anderes Raumschiff sein, wie die Parker Solar Probe. Solange die In-situ-Daten und die Fernerkundungsdaten übereinstimmen, kann Daniele die Korrelation durchführen.“
Daniel Müller, ESA-Projektwissenschaftler für Solar Orbiter, sagte, „Das ist genau das Ergebnis, das wir uns mit Solar Orbiter erhofft hatten. Mit jedem Orbit erhalten wir mehr Daten von unserer Suite von zehn Instrumenten. Basierend auf Ergebnissen wie diesem werden wir die Beobachtungen, die für die nächste Sonnenbegegnung des Solar Orbiters geplant sind, verfeinern, um zu verstehen, wie die Sonne mit der breiteren magnetischen Umgebung der Erde verbunden ist Sonnensystem. Dies war der allererste enge Vorbeiflug von Solar Orbiter an der Sonne, daher erwarten wir noch viele weitere aufregende Ergebnisse.“
Journal Referenz:
- Daniele Telloni, Gary P. Zank et al. Beobachtung eines magnetischen Switchbacks in der Sonnenkorona. Die astrophysikalischen Zeitschriftenbriefe 936 L25. DOI: 10.3847/2041-8213/ac8104
