Μια ομάδα επιστημόνων από το Ινστιτούτο Max Planck για την Έρευνα του Ηλιακού Συστήματος (MPS) στη Γερμανία έχει κάνει σημαντική πρόοδο στην κατανόηση ενός από τα πιο ενοχλητικά μυστήρια του Ήλιου: πώς το άστρο μας ωθεί τα σωματίδια που αποτελούν το ηλιακός άνεμος στο διάστημα?
Οι πληροφορίες προσφέρουν μια ξεχωριστή προοπτική μιας κρίσιμης περιοχής του ηλιακού στέμματος που στο παρελθόν ήταν δύσκολο να προσεγγίσουν οι ερευνητές. Εκεί, η ομάδα κατέγραψε, για πρώτη φορά, ένα δυναμικό δίκτυο δομών πλάσματος που μοιάζει με ένα μακρύ, αλληλένδετο ιστό. Μια ξεχωριστή εικόνα εμφανίζεται όταν συνδυάζονται δεδομένα από διάφορους διαστημικούς ανιχνευτές και εκτενείς προσομοιώσεις υπολογιστή: η μαγνητική ενέργεια εκκενώνεται και τα σωματίδια διαφεύγουν στο διάστημα όπου αλληλεπιδρούν οι επιμήκεις στεφανιαίες δομές ιστού.
Οι Γεωστατικοί Επιχειρησιακοί Περιβαλλοντικοί Δορυφόροι (GOES) της Εθνικής Υπηρεσίας Ωκεανών και Ατμόσφαιρας των ΗΠΑ (NOAA) παραδοσιακά ασχολούνταν με πράγματα διαφορετικά από Κυρ..
Μια διερευνητική εκστρατεία παρατήρησης για την απεικόνιση του εκτεταμένου ηλιακού στέμματος πραγματοποιήθηκε τον Αύγουστο και τον Σεπτέμβριο του 2018. Για περισσότερο από ένα μήνα, το Solar Ultraviolet Imager (SUVI) της GOES κοίταζε απευθείας τον Ήλιο, όπως κάνει συνήθως και απαθανάτιζε εικόνες σε κάθε πλευρά του.
Ο Δρ Dan Seaton του SwRI, ο οποίος υπηρέτησε ως επικεφαλής επιστήμονας για το SUVI κατά τη διάρκεια της εκστρατείας παρατήρησης, είπε: «Είχαμε τη σπάνια ευκαιρία να χρησιμοποιήσουμε ένα όργανο με ασυνήθιστο τρόπο για να παρατηρήσουμε μια περιοχή που δεν έχει εξερευνηθεί. Δεν ξέραμε καν αν θα λειτουργούσε, αλλά αν λειτουργούσε, θα κάναμε σημαντικές ανακαλύψεις».
Το ενδιάμεσο στέμμα, ένα στρώμα της ηλιακής ατμόσφαιρας 350 χιλιάδες χιλιόμετρα πάνω από το ορατό επιφάνεια του Ήλιου, θα μπορούσε να φωτογραφηθεί σε υπεριώδες φως για πρώτη φορά ενσωματώνοντας τις φωτογραφίες από τις διάφορες γωνίες θέασης, γεγονός που αύξησε σημαντικά το οπτικό πεδίο του οργάνου.
Ο Δρ Pradeep Chitta του MPS, επικεφαλής συγγραφέας της νέας μελέτης, είπε: «Στη μέση κορώνα, η ηλιακή έρευνα είχε κάτι σαν τυφλό σημείο. Τα δεδομένα GOES παρέχουν πλέον σημαντική βελτίωση. Στο μεσαίο στέμμα, οι ερευνητές υποπτεύονται διαδικασίες που οδηγούν και ρυθμίζουν τον ηλιακό άνεμο».
© Nature Astronomy, Chitta et al. / GOES/SUVI / SOHO/LASCO
Μία από τις πιο εκτεταμένες πτυχές του αστεριού μας είναι ο ηλιακός άνεμος. Η ηλιόσφαιρα, μια φυσαλίδα σπάνιου πλάσματος που υποδηλώνει τη σφαίρα επιρροής του Ήλιου, δημιουργείται από το ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων που ο Ήλιος εκτοξεύει στο διάστημα και ταξιδεύει μέχρι τα όρια του Ηλιακού μας Συστήματος. Ο ηλιακός άνεμος χωρίζεται σε γρήγορα και αργά συστατικά ανάλογα με την ταχύτητά του. Το εσωτερικό των στεφανιαίων οπών, περιοχές που φαίνονται σκοτεινές στην κορωνική υπεριώδη ακτινοβολία, είναι εκεί όπου ξεκινά ο λεγόμενος γρήγορος ηλιακός άνεμος, ο οποίος μπορεί να ταξιδεύει με περισσότερα από 500 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Ωστόσο, λιγότερα είναι γνωστά για την προέλευση του υποτονικού ηλιακού ανέμου. Ωστόσο, ακόμη και τα σωματίδια του αργού ηλιακού ανέμου ταξιδεύουν στο διάστημα με υπερηχητικούς ρυθμούς 300 έως 500 km/s.
Το καυτό πλάσμα κορώνας πάνω από ένα εκατομμύριο μοίρες χρειάζεται να ξεφύγει από τον Ήλιο για να σχηματίσει τον αργό ηλιακό άνεμο. Ποιος μηχανισμός λειτουργεί εδώ; Επιπλέον, ο αργός ηλιακός άνεμος δεν είναι ομοιογενής αλλά αποκαλύπτει, τουλάχιστον εν μέρει, μια δομή που μοιάζει με ακτίνες από σαφώς διακριτές σερπαντίνες. Από πού και πώς προέρχονται; Αυτά είναι τα ερωτήματα που εξετάζονται στη νέα μελέτη.
Μια περιοχή κοντά στον ισημερινό μπορεί να δει κανείς στα δεδομένα GOES που τράβηξαν την προσοχή των ερευνητών: δύο στεφανιαίες τρύπες, όπου ο ηλιακός άνεμος ρέει μακριά από τον Ήλιο ανεμπόδιστα, κοντά σε μια περιοχή με ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις συστημάτων θεωρούνται ότι είναι η πιθανή προέλευση του αργού ηλιακού ανέμου.
Το μεσαίο στέμμα πάνω από αυτήν την περιοχή απεικονίζεται από επιμήκεις δομές πλάσματος που δείχνουν ακτινικά προς τα έξω στα δεδομένα GOES. Αυτό το φαινόμενο, το οποίο έχει παρατηρηθεί άμεσα για πρώτη φορά, αναφέρεται από την ομάδα συγγραφέων ως στεφανιαίος ιστός. Οι δομές του Ιστού αλληλεπιδρούν και αναδιοργανώνονται συχνά.
Οι ερευνητές γνώριζαν από καιρό ότι το ηλιακό πλάσμα του εξωτερικού στέμματος παρουσιάζει παρόμοια αρχιτεκτονική. Για δεκαετίες, ο κορωνογράφος LASCO (μεγάλη γωνία και φασματομετρικός κορωνογράφος) στο διαστημόπλοιο SOHO, το οποίο γιόρτασε την 25η επέτειό του πέρυσι, παρέχει εικόνες από αυτή την περιοχή υπό ορατό φως.
Ο αργός ηλιακός άνεμος που ξεκινά το ταξίδι του στο διάστημα εκεί πιστεύεται ότι έχει μια δομή παρόμοια με αυτή ενός ρεύματος πίδακα από τους επιστήμονες. Όπως έδειξε εντυπωσιακά η πρόσφατη μελέτη, αυτή η δομή κυριαρχεί ήδη στη μέση Corona.
Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης πληροφορίες από άλλους διαστημικούς ανιχνευτές για να αποκτήσουν μια βαθύτερη κατανόηση του φαινομένου: Μια σύγχρονη εικόνα της επιφάνειας του Ήλιου δόθηκε από το Solar Dynamics Observatory (SDO) της NASA, ενώ μια πλάγια όψη δόθηκε από το διαστημόπλοιο STEREO-A, το οποίο βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο πριν από τη Γη από το 2006.
Ο Δρ Cooper Downs της Predictive Science Inc., ο οποίος πραγματοποίησε τις προσομοιώσεις σε υπολογιστή, είπε: «Χρησιμοποιώντας σύγχρονες υπολογιστικές τεχνικές που ενσωματώνουν παρατηρήσεις τηλεπισκόπησης του Ήλιου, οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν υπερυπολογιστές για να δημιουργήσουν ρεαλιστικά τρισδιάστατα μοντέλα του άπιαστου μαγνητικού πεδίου στο ηλιακό στέμμα. Σε αυτή τη μελέτη, η ομάδα χρησιμοποίησε ένα προηγμένο μαγνητοϋδροδυναμικό μοντέλο (MHD) για να προσομοιώσει το μαγνητικό πεδίο και την κατάσταση του πλάσματος της κορώνας για αυτήν την περίοδο».
Ο Δρ Cooper Downs της Predictive Science Inc., ο οποίος πραγματοποίησε τις προσομοιώσεις σε υπολογιστή, είπε: «Αυτό μας βοήθησε να συνδέσουμε τη συναρπαστική δυναμική που παρατηρήσαμε στο μεσαίο στέμμα με τις επικρατούσες θεωρίες του σχηματισμού ηλιακού ανέμου».
Chitta είπε, «Όπως δείχνουν οι υπολογισμοί, οι δομές του στεφανιαίου ιστού ακολουθούν τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Η ανάλυσή μας υποδηλώνει ότι η αρχιτεκτονική του μαγνητικού πεδίου στο μεσαίο στέμμα είναι αποτυπωμένη στον αργό ηλιακό άνεμο και παίζει σημαντικό ρόλο στην επιτάχυνση των σωματιδίων στο διάστημα. Σύμφωνα με τα νέα αποτελέσματα της ομάδας, το θερμό ηλιακό πλάσμα στο μεσαίο στέμμα ρέει κατά μήκος των γραμμών ανοιχτού μαγνητικού πεδίου του στεφανιαίου ιστού. Όπου οι γραμμές πεδίου διασταυρώνονται και αλληλεπιδρούν, απελευθερώνεται ενέργεια».
«Υπάρχουν πολλά που υποδηλώνουν ότι οι ερευνητές βρίσκονται σε ένα θεμελιώδες φαινόμενο. Κατά τη διάρκεια περιόδων υψηλής ηλιακής δραστηριότητας, οι στεφανιαίες τρύπες εμφανίζονται συχνά κοντά στον ισημερινό σε κοντινή απόσταση από περιοχές με υψηλή ένταση μαγνητικού πεδίου. Το στεφανιαίο δίκτυο που παρατηρήσαμε είναι επομένως απίθανο να είναι μια μεμονωμένη περίπτωση».
Η ομάδα ελπίζει να αποκτήσει περαιτέρω και πιο λεπτομερείς γνώσεις από μελλοντικές ηλιακές αποστολές. Ορισμένα από αυτά, όπως η αποστολή Proba-3 της ESA που έχει προγραμματιστεί για το 2024, είναι εξοπλισμένα με όργανα που στοχεύουν τη μέση κορώνα. Το ΠΜΣ συμμετέχει στην επεξεργασία και ανάλυση των δεδομένων αυτής της αποστολής. Μαζί με δεδομένα παρατήρησης από ανιχνευτές που λειτουργούν αυτήν τη στιγμή, όπως το Parker Solar Probe της NASA και το Solar Orbiter της ESA, που εγκαταλείπουν τη γραμμή Γης-Ήλιου, αυτό θα επιτρέψει την καλύτερη κατανόηση της τρισδιάστατης δομής του στεφανιαίου ιστού.
Αναφορά στο περιοδικό:
- LP Chitta, DB Seaton, C. Downs, CE DeForest, AK Higginson. Άμεσες παρατηρήσεις ενός πολύπλοκου στεφανιαίου ιστού που οδηγεί εξαιρετικά δομημένο αργό ηλιακό άνεμο. Φύση Αστρονομία, 24 Νοεμβρίου 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5
