Ryhmä tutkijoita Max Planck Institute for Solar System Researchista (MPS) Saksasta on edistynyt merkittävästi ymmärtäessään yhtä Auringon kiusallisimmista mysteereistä: kuinka tähtemme ajaa eteenpäin hiukkasia, jotka muodostavat aurinkokunnan. aurinkotuuli avaruuteen?
Tiedot tarjoavat selkeän näkökulman aurinkokoronan keskeiselle alueelle, jota tutkijoiden on aiemmin ollut vaikea tavoittaa. Siellä tiimi on ensimmäistä kertaa tallentanut dynaamisen plasmarakenteiden verkoston, jotka muistuttavat pitkää, toisiinsa kietoutunutta verkkoa. Selkeä kuva avautuu, kun eri avaruusluotainten ja kattavien tietokonesimulaatioiden dataa yhdistetään: magneettista energiaa purkautuu ja hiukkaset pakenevat avaruuteen, jossa pitkänomaiset koronaverkkorakenteet ovat vuorovaikutuksessa.
US National Oceanic and Atmospheric Administrationin (NOAA) geostationaariset operatiiviset ympäristösatelliitit (GOES) ovat perinteisesti huolehtineet muista asioista kuin aurinko.
Tutkiva havaintokampanja laajennetun aurinkokoronan kuvaamiseksi järjestettiin elo- ja syyskuussa 2018. GOESin Solar Ultraviolet Imager (SUVI) katsoi yli kuukauden ajan suoraan aurinkoon tavalliseen tapaan ja otti kuvia sen molemmin puolin.
Tohtori Dan Seaton SwRI:stä, joka toimi SUVI:n päätutkijana havaintokampanjan aikana, sanoi: ”Meillä oli harvinainen tilaisuus käyttää instrumenttia epätavallisella tavalla tarkkailemaan aluetta, jota ei ole tutkittu. Emme edes tienneet, toimiiko se, mutta jos se toimisi, tekisimme tärkeitä löytöjä.
Välikorona, auringon ilmakehän kerros 350 tuhatta kilometriä näkyvän yläpuolella auringon pintaa, voitiin kuvata ensimmäistä kertaa ultraviolettivalossa yhdistämällä kuvat eri katselukulmista, mikä lisäsi huomattavasti instrumentin näkökenttää.
Tohtori Pradeep Chitta MPS:stä, uuden tutkimuksen johtava kirjoittaja, sanoi: ”Keskikoronassa aurinkotutkimuksella on ollut jonkinlainen sokea piste. GOES-tiedot tarjoavat nyt merkittävän parannuksen. Keskikoronassa tutkijat epäilevät prosesseja, jotka ohjaavat ja moduloivat aurinkotuulta.
© Nature Astronomy, Chitta et al. / GOES/SUVI / SOHO/LASCO
Yksi tähtemme laajimmista puolista on aurinkotuuli. Heliosfääri, Auringon vaikutusaluetta kuvaava harvinaisen plasman kupla, syntyy varautuneiden hiukkasten virtauksesta, jonka aurinko laukaisee avaruuteen ja kulkee aurinkokuntamme äärirajoille. Aurinkotuuli jakautuu nopeisiin ja hitaisiin osiin sen nopeuden mukaan. Koronareikien sisäosat, korona-ultraviolettisäteilyssä tummilta näyttävät alueet, ovat peräisin niin sanotusta nopeasta aurinkotuulista, jonka nopeus voi olla yli 500 kilometriä sekunnissa. Hitauden aurinkotuulen alkuperästä tiedetään kuitenkin vähemmän. Kuitenkin jopa hitaan aurinkotuulen hiukkaset kulkevat avaruuden läpi yliääninopeudella 300-500 km/s.
Kuuman, yli miljoonan asteen koronaalisen plasman täytyy paeta Auringosta muodostaakseen hitaan aurinkotuulen. Mikä mekanismi tässä toimii? Lisäksi hidas aurinkotuuli ei ole homogeeninen, vaan paljastaa ainakin osittain säteen kaltaisen rakenteen, jossa on selvästi erottuvia virtauksia. Mistä ja miten ne syntyvät? Näitä kysymyksiä käsitellään uudessa tutkimuksessa.
Päiväntasaajan lähellä oleva alue näkyy GOES-tiedoissa, jotka kiinnittivät tutkijoiden huomion: kaksi koronareikää, joissa aurinkotuuli virtaa esteettä pois Auringosta, lähellä aluetta, jossa on voimakas magneettikenttä. Näitä systeemivuorovaikutuksia pidetään hitaan aurinkotuulen potentiaalisina alkulähteinä.
Keskimmäinen korona tämän alueen yläpuolella on kuvattu pitkänomaisilla plasmarakenteilla, jotka osoittavat säteittäisesti ulospäin GOES-tiedoissa. Tätä ensimmäistä kertaa suoraan havaittua ilmiötä kirjoittajaryhmä kutsuu koronaverkkoksi. Verkon rakenteet ovat vuorovaikutuksessa ja järjestäytyvät uudelleen usein.
Tutkijat ovat pitkään tienneet, että ulkokoronan aurinkoplasmalla on samanlainen arkkitehtuuri. Viime vuonna 25-vuotisjuhliaan juhlineen SOHO-avaruusaluksen LASCO-koronagrafi (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) on vuosikymmenten ajan tuottanut kuvia tältä alueelta näkyvässä valossa.
Hitaalla aurinkotuulella, joka aloittaa matkansa sieltä avaruuteen, uskotaan olevan rakenteeltaan samanlainen kuin suihkusuihkulla. Kuten tuore tutkimus on näyttävästi osoittanut, tämä rakenne on jo vallitseva keskellä kruunu.
Tutkijat tutkivat myös muiden avaruusluotainten tietoja saadakseen syvemmän ymmärryksen ilmiöstä: NASAn Solar Dynamics Observatory (SDO) antoi samanaikaisen kuvan Auringon pinnasta, kun taas sivukuvan tarjosi STEREO-A-avaruusalus, joka on kiertänyt Aurinkoa ennen Maata vuodesta 2006 lähtien.
Tohtori Cooper Downs of Predictive Science Inc., joka suoritti tietokonesimulaatiot, sanoi: "Käyttäen nykyaikaisia laskennallisia tekniikoita, jotka sisältävät Auringon kaukokartoitushavaintoja, tutkijat voivat käyttää supertietokoneita rakentaakseen realistisia 3D-malleja auringon koronan vaikeasta magneettikentästä. Tässä tutkimuksessa ryhmä käytti kehittynyttä magnetohydrodynaamista (MHD) mallia simuloidakseen koronan magneettikenttää ja plasman tilaa tälle ajanjaksolle.
Tohtori Cooper Downs of Predictive Science Inc., joka suoritti tietokonesimulaatiot, sanoi: "Tämä auttoi meitä yhdistämään keskikoronassa havaitsemamme kiehtovan dynamiikan vallitseviin teorioihin aurinkotuulen muodostumisesta."
Chitta sanoi, ”Kuten laskelmat osoittavat, koronaverkon rakenteet seuraavat magneettikentän linjoja. Analyysimme viittaa siihen, että keskikoronan magneettikentän arkkitehtuuri on painettu hitaaseen aurinkotuuleen ja sillä on tärkeä rooli hiukkasten kiihdyttämisessä avaruuteen. Tiimin uusien tulosten mukaan kuuma aurinkoplasma keskikoronassa virtaa koronaverkon avoimia magneettikenttälinjoja pitkin. Kun kenttäviivat risteävät ja ovat vuorovaikutuksessa, energiaa vapautuu."
"Paljon viittaa siihen, että tutkijat ovat perillä perustavanlaatuisesta ilmiöstä. Auringon voimakkaan aktiivisuuden aikoina koronareikiä esiintyy usein päiväntasaajan lähellä, lähellä alueita, joilla on korkea magneettikenttä. Siksi havaitsemamme koronaverkko ei todennäköisesti ole yksittäistapaus."
Tiimi toivoo saavansa lisää ja yksityiskohtaisempia näkemyksiä tulevista aurinkotehtävistä. Osa niistä, kuten ESAn vuodelle 3 suunniteltu Proba-2024-operaatio, on varustettu keskikoronaan kohdistetuilla instrumenteilla. MPS on mukana tämän tehtävän tietojen käsittelyssä ja analysoinnissa. Yhdessä tällä hetkellä toimivien luotainten, kuten NASAn Parker Solar Probe ja ESAn Solar Orbiter, jotka lähtevät maa-aurinko-linjasta, havainnointitietojen kanssa tämä mahdollistaa paremman käsityksen koronaverkon kolmiulotteisesta rakenteesta.
Lehden viite:
- LP Chitta, DB Seaton, C. Downs, CE DeForest, AK Higginson. Suorat havainnot monimutkaisesta koronaverkosta, joka ajaa erittäin rakenteellista hidasta aurinkotuulta. Luontoympäristö, 24. marraskuuta 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5
