Saksamaa Max Plancki Päikesesüsteemi Uurimise Instituudi (MPS) teadlaste rühm on saavutanud märkimisväärse edu Päikese ühe ärevama mõistatuse mõistmisel: kuidas meie täht liigutab osakesi, mis moodustavad Päikesesüsteemi. päikesetuul kosmosesse?
Teave pakub selget perspektiivi päikesekrooni olulisest piirkonnast, kuhu teadlastel on varem olnud raske jõuda. Seal on meeskond esimest korda salvestanud plasmastruktuuride dünaamilise võrgustiku, mis meenutab pikka, põimunud võrku. Erinevate kosmosesondide ja kõikehõlmavate arvutisimulatsioonide andmete kombineerimisel ilmneb selge pilt: magnetenergia tühjeneb ja osakesed pääsevad kosmosesse, kus piklikud koronaalvõrgu struktuurid interakteeruvad.
USA riikliku ookeani- ja atmosfääriameti (NOAA) geostatsionaarsed operatiivsed keskkonnasatelliidid (GOES) on traditsiooniliselt tegelenud muude asjadega kui Sun.
2018. aasta augustis ja septembris viidi läbi uurimuslik vaatluskampaania laiendatud päikesekorooni pildistamiseks. Rohkem kui kuu aega vaatas GOESi päikese ultraviolettkaamera (SUVI) otse Päikesele, nagu tavaliselt, ja jäädvustas pilte selle mõlemal küljel.
Dr Dan Seaton SwRI-st, kes oli vaatluskampaania ajal SUVI peateadlane, ütles: "Meil oli harukordne võimalus kasutada instrumenti ebatavalisel viisil, et jälgida piirkonda, mida pole uuritud. Me isegi ei teadnud, kas see töötab, aga kui see toimiks, teeksime olulisi avastusi.
Vahepealne kroon, päikeseatmosfääri kiht 350 tuhat kilomeetrit nähtavast kõrgemal Päikese pind, sai esimest korda pildistada ultraviolettvalguses, integreerides fotod erinevatest vaatenurkadest, mis suurendas oluliselt instrumendi vaatevälja.
Dr Pradeep Chitta MPS-ist, uue uuringu juhtiv autor, ütles: "Keskkoroonis on päikeseuuringutel olnud pimeala. GOES-i andmed pakuvad nüüd märkimisväärset paranemist. Keskmises koroonas kahtlustavad teadlased protsesse, mis juhivad ja moduleerivad päikesetuult.
© Nature Astronomy, Chitta et al. / GOES/SUVI / SOHO/LASCO
Üks meie tähe kõige ulatuslikumaid aspekte on päikesetuul. Heliosfäär, Päikese mõjusfääri tähistav haruldane plasma mull, tekib laetud osakeste voost, mille Päike kosmosesse saadab ja meie päikesesüsteemi piirini liigub. Päikesetuul jaguneb vastavalt selle kiirusele kiireteks ja aeglasteks komponentideks. Koronaalsete aukude sisemustest, piirkondadest, mis paistavad kroonilise ultraviolettkiirguse käes tumedana, pärineb niinimetatud kiire päikesetuul, mis võib levida kiirusega üle 500 kilomeetri sekundis. Vähem teatakse aga loid päikesetuule päritolust. Kuid isegi aeglase päikesetuule osakesed liiguvad läbi kosmose ülehelikiirusega 300–500 km/s.
Kuum koronaalplasma üle miljoni kraadi peab Päikesest välja pääsema, et tekiks aeglane päikesetuul. Mis mehhanism siin töötab? Veelgi enam, aeglane päikesetuul ei ole homogeenne, vaid paljastab vähemalt osaliselt selgelt eristatavate voogude kiirtetaolise struktuuri. Kust ja kuidas need alguse saavad? Need on küsimused, mida uues uuringus käsitletakse.
GOES-i andmetes on näha teadlaste tähelepanu pälvinud ekvaatori lähedal asuv piirkond: kaks krooniauku, kus päikesetuul voolab Päikesest takistamatult eemale, lähedal alale, kus on tugev magnetväli. Neid süsteemi vastasmõjusid peetakse loid päikesetuule potentsiaalseks päritoluks.
Selle piirkonna kohal olevat keskmist krooni on kujutatud piklike plasmastruktuuridega, mis on GOES-i andmetes radiaalselt väljapoole suunatud. Seda esimest korda otseselt vaadeldud nähtust nimetab autoritiim koronaalvõrguks. Veebi struktuurid suhtlevad ja korraldatakse sageli ümber.
Teadlased on juba pikka aega teadnud, et väliskorooni päikeseplasmal on sarnane arhitektuur. Eelmisel aastal 25. aastapäeva tähistanud SOHO kosmoseaparaadi pardal asuv koroonagraaf LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) on aastakümneid andnud sellest piirkonnast nähtavas valguses pilte.
Sealt kosmosesse teekonda alustava aeglase päikesetuule struktuur on teadlaste hinnangul sarnane reaktiivvooluga. Nagu hiljutine uuring on muljetavaldavalt näidanud, domineerib see struktuur juba keskel kroon.
Teadlased uurisid ka teistelt kosmosesondidelt saadud teavet, et saada sellest nähtusest sügavamalt aru: samaaegse pildi Päikese pinnast andis NASA Solar Dynamics Observatory (SDO), samas kui külgvaate andis kosmoseaparaat STEREO-A, mis tiirleb ümber Päikese enne Maad alates 2006. aastast.
Dr. Cooper Downs ettevõttest Predictive Science Inc, kes tegi arvutisimulatsioone, ütles: "Kasutades kaasaegseid arvutustehnikaid, mis hõlmavad Päikese kaugseire vaatlusi, saavad teadlased superarvutite abil luua realistlikke 3D-mudeleid päikesekrooni tabamatu magnetvälja kohta. Selles uuringus kasutas meeskond täiustatud magnetohüdrodünaamilist (MHD) mudelit, et simuleerida koroona magnetvälja ja plasma olekut sellel perioodil.
Dr. Cooper Downs ettevõttest Predictive Science Inc, kes tegi arvutisimulatsioone, ütles: "See aitas meil ühendada keskmises kroonis täheldatud põneva dünaamika päikesetuule kujunemise valitsevate teooriatega."
Chitta ütles, «Nagu arvutused näitavad, järgivad koronaalvõrgu struktuurid magnetvälja jooni. Meie analüüs viitab sellele, et keskmise krooni magnetvälja arhitektuur on jäljendatud aeglasele päikesetuulele ja mängib olulist rolli osakeste kosmosesse kiirendamisel. Meeskonna uute tulemuste kohaselt voolab kuuma päikeseplasma keskmises kroonis mööda koronaalvõrgu avatud magnetvälja jooni. Seal, kus väljajooned ristuvad ja interakteeruvad, vabaneb energia.
"Palju on alust arvata, et teadlased tegelevad fundamentaalse nähtusega. Suure päikeseaktiivsuse perioodidel tekivad kroonilised augud sageli ekvaatori lähedal kõrge magnetvälja tugevusega alade vahetus läheduses. Seetõttu ei ole meie vaadeldud koronaalvõrk tõenäoliselt üksikjuhtum.
Meeskond loodab saada tulevastest päikesemissioonidest täiendavaid ja üksikasjalikumaid teadmisi. Mõned neist, näiteks 3. aastaks kavandatud ESA Proba-2024 missioon, on varustatud keskkoroonile suunatud instrumentidega. MPS tegeleb selle missiooni andmete töötlemise ja analüüsiga. Koos vaatlusandmetega praegu töötavatelt sondidelt, nagu NASA Parker Solar Probe ja ESA Solar Orbiter, mis lahkuvad Maa-Päikese joonelt, võimaldab see paremini mõista koronaalvõrgu kolmemõõtmelist struktuuri.
Ajakirja viide:
- LP Chitta, DB Seaton, C. Downs, CE DeForest, AK Higginson. Keerulise koronaalvõrgu otsesed vaatlused, mis juhivad kõrgelt struktureeritud aeglast päikesetuult. Looduse astronoomia, 24. november 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5
