A németországi Max Planck Naprendszer-kutató Intézet (MPS) tudósainak egy csoportja jelentős előrelépést tett a Nap egyik legbosszantóbb titkának megértésében: hogyan mozgatja csillagunk a Naprendszert alkotó részecskéket. napszél az űrbe?
Az információk világos perspektívát kínálnak a napkorona egy olyan kulcsfontosságú régiójáról, amelyet korábban a kutatók nehezen tudtak elérni. A csapat itt először rögzítette a plazmastruktúrák dinamikus hálózatát, amely egy hosszú, összefonódó hálóra emlékeztet. Különböző űrszondákból származó adatok és átfogó számítógépes szimulációk kombinálása különleges képet mutat: a mágneses energia kisül, és a részecskék az űrbe szöknek, ahol a megnyúlt koronális hálószerkezetek kölcsönhatásba lépnek.
Az Egyesült Államok Nemzeti Óceán- és Légkörkutató Hivatalának (NOAA) Geostacionárius Működési Környezeti Műholdai (GOES) hagyományosan más dolgokkal is foglalkoztak, mint a nap.
2018 augusztusában és szeptemberében egy feltáró megfigyelési kampányra került sor a kiterjesztett napkorona leképezésére. A GOES Solar Ultraviolet Imager (SUVI) készüléke több mint egy hónapon keresztül közvetlenül a Napra nézett, ahogy általában teszi, és képeket készített annak mindkét oldaláról.
Dr. Dan Seaton, a SwRI-től, aki a SUVI vezető tudósa volt a megfigyelési kampány során, elmondta: „Ritka alkalmunk volt arra, hogy egy műszert szokatlan módon használjunk egy fel nem tárt régió megfigyelésére. Még azt sem tudtuk, hogy működni fog-e, de ha igen, akkor fontos felfedezéseket tennénk.”
A köztes korona, a naplégkör egy rétege 350 ezer kilométerrel a látható felett a Nap felszíne, először lehetett ultraibolya fényben fotózni a különböző látószögekből származó fényképek integrálásával, ami jelentősen megnövelte a műszer látóterét.
Dr. Pradeep Chitta, az MPS-től, az új tanulmány vezető szerzője elmondta: „A középkoronában a napkutatásnak volt valami vakfoltja. A GOES adatok most jelentős javulást mutatnak. A középkoronában a kutatók olyan folyamatokra gyanakszanak, amelyek mozgatják és modulálják a napszelet.”
© Nature Astronomy, Chitta et al. / GOES/SUVI / SOHO/LASCO
Sztárunk egyik legszélesebb köre a napszél. A helioszférát, a Nap befolyási övezetét jelző ritka plazmabuborékot a töltött részecskék áramlása hozza létre, amelyet a Nap elindít az űrbe, és eljut Naprendszerünk határáig. A napszél sebességének megfelelően gyors és lassú részekre oszlik. A koronális lyukak belsejéből, a korona ultraibolya sugárzásában sötétnek tűnő területekből ered az úgynevezett gyors napszél, amely másodpercenként több mint 500 kilométeres sebességgel haladhat. Kevesebbet tudunk azonban a lomha napszél eredetéről. Azonban még a lassú napszél részecskéi is 300-500 km/s szuperszonikus sebességgel haladnak át az űrben.
Az egymillió fok feletti forró koronaplazmának el kell jutnia a Nap elől, hogy lassú napszél alakuljon ki. Milyen mechanizmus működik itt? Ráadásul a lassú napszél nem homogén, hanem legalább részben világosan megkülönböztethető szalagok sugárszerű szerkezetét tárja fel. Hol és hogyan keletkeznek? Ezekkel a kérdésekkel foglalkozik az új tanulmány.
A GOES adataiban egy az egyenlítőhöz közeli régió látható, amely felkeltette a kutatók figyelmét: két koronalyuk, ahol a napszél akadálytalanul eláramlik a Naptól, közel egy olyan területhez erős mágneses tér. Ezeket a rendszerkölcsönhatásokat tekintik a lomha napszél potenciális eredetének.
A régió feletti középső koronát megnyúlt plazmastruktúrák ábrázolják, amelyek sugárirányban kifelé mutatnak a GOES adatokban. Ezt a jelenséget, amelyet először figyeltek meg közvetlenül, a szerzőcsoport koronahálónak nevezi. A web struktúrái gyakran kölcsönhatásba lépnek és újrarendeződnek.
A kutatók régóta tudják, hogy a külső korona napplazmája hasonló felépítést mutat. A tavaly fennállásának 25. évfordulóját ünneplő SOHO űrszonda fedélzetén található LASCO koronagráf (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) évtizedek óta szolgáltat képeket erről a régióról látható fényben.
A lassú napszél, amely ott kezdi útját az űrbe, a tudósok szerint a sugársugárhoz hasonló szerkezetű. Amint azt a közelmúltban végzett tanulmány lenyűgözően bebizonyította, ez a szerkezet már középen dominál korona.
A kutatók más űrszondák információit is megvizsgálták, hogy mélyebben megértsék a jelenséget: A Nap felszínéről egykorú képet a NASA Solar Dynamics Observatory (SDO), oldalnézetét pedig a STEREO-A űrszonda biztosította. 2006 óta kering a Nap körül a Föld előtt.
Dr. Cooper Downs, a Predictive Science Inc.-től, aki a számítógépes szimulációkat végezte, elmondta: „A Nap távérzékelési megfigyeléseit is magában foglaló modern számítási technikák segítségével a kutatók szuperszámítógépek segítségével valósághű 3D-s modelleket készíthetnek a napkorona megfoghatatlan mágneses mezőjéről. Ebben a tanulmányban a csapat egy fejlett magnetohidrodinamikai (MHD) modellt használt a korona mágneses mezőjének és plazmaállapotának szimulálására ebben az időszakban.
Dr. Cooper Downs, a Predictive Science Inc.-től, aki a számítógépes szimulációkat végezte, elmondta: "Ez segített nekünk összekapcsolni a középkoronában megfigyelt lenyűgöző dinamikát a napszél kialakulásának uralkodó elméleteivel."
Chitta mondott, „Amint azt a számítások mutatják, a koronaszövet szerkezetei követik a mágneses erővonalakat. Elemzésünk azt sugallja, hogy a középkorona mágneses mezőjének architektúrája rányomódik a lassú napszélre, és fontos szerepet játszik a részecskék térbe való gyorsításában. A csapat új eredményei szerint a középkoronában lévő forró napplazma a koronaháló nyitott mágneses erővonalai mentén áramlik. Ahol a mezővonalak keresztezik és kölcsönhatásba lépnek, energia szabadul fel.”
„Sok minden utal arra, hogy a kutatók egy alapvető jelenségen dolgoznak. Magas naptevékenység időszakában a koronális lyukak gyakran előfordulnak az Egyenlítő közelében, nagy mágneses térerősségű területek közvetlen közelében. Az általunk megfigyelt koronahálózat ezért nem valószínű, hogy elszigetelt eset lenne.”
A csapat reméli, hogy további és részletesebb betekintést nyerhet a jövőbeli napelemes küldetésekből. Némelyikük, például az ESA 3-re tervezett Proba-2024 küldetése a középkoronát célzó műszerekkel van felszerelve. Az MPS részt vesz a küldetés adatainak feldolgozásában és elemzésében. A jelenleg működő szondák, például a NASA Parker Solar Probe és az ESA Solar Orbiter megfigyelési adataival együtt, amelyek elhagyják a Föld-Nap vonalat, ez lehetővé teszi a koronaháló háromdimenziós szerkezetének jobb megértését.
Journal Reference:
- L.P. Chitta, D.B. Seaton, C. Downs, C. E. DeForest, A.K. Higginson. Közvetlen megfigyelések egy összetett koronális hálóról, amely erősen strukturált lassú napszelet vezet. Természet csillagászat, 24. november 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5
