קבוצת מדענים ממכון מקס פלנק לחקר מערכת השמש (MPS) בגרמניה עשתה התקדמות משמעותית בהבנת אחת התעלומות המטרידות ביותר של השמש: כיצד הכוכב שלנו מניע את החלקיקים המרכיבים את רוח סולארית לחלל?
המידע מציע פרספקטיבה ברורה של אזור מכריע בקורונה הסולארית שקודם לכן היה קשה לחוקרים להגיע אליו. שם, הצוות הקליט, לראשונה, רשת דינמית של מבני פלזמה הדומים לרשת ארוכה ושזורה זה בזה. תמונה נבדלת מופיעה כאשר משולבים נתונים מגששי חלל שונים והדמיות מחשב מקיפות: אנרגיה מגנטית משתחררת, וחלקיקים בורחים לחלל שבו מבני רשת העטרה המוארכים מקיימים אינטראקציה.
לווייני הסביבה הגיאוסטציונריים (GOES) של מינהל האוקיינוסים והאטמוספירה הלאומי של ארה"ב (NOAA) עוסקים באופן מסורתי בדברים אחרים מלבד שמש.
מסע תצפית חקרני לצילום קורונה השמש המורחבת התקיים באוגוסט וספטמבר 2018. במשך יותר מחודש, צילומי האולטרה-סגול השמש (SUVI) של GOES הביט ישירות בשמש כפי שהיא עושה בדרך כלל וצילם תמונות משני צדדיה.
ד"ר דן סיטון מ-SwRI, ששימש כמדען ראשי עבור SUVI במהלך מסע התצפית, אמר: "היתה לנו הזדמנות נדירה להשתמש במכשיר בצורה יוצאת דופן כדי לצפות באזור שלא נחקר. אפילו לא ידענו אם זה יעבוד, אבל אם זה יצליח, היינו מגלים תגליות חשובות".
עטרה ביניים, שכבה של אטמוספירת השמש בגובה 350 אלף קילומטרים מעל הנראה פני השטח של השמש, ניתן היה לצלם באור אולטרה סגול לראשונה על ידי שילוב התמונות מזוויות הצפייה השונות, מה שהגדיל במידה ניכרת את שדה הראייה של המכשיר.
ד"ר פראדיפ צ'יטה מ-MPS, המחבר הראשי של המחקר החדש, אמר, "בקורונה האמצעית, למחקר השמש היה נקודה עיוורת. נתוני ה-GOES מספקים כעת שיפור משמעותי. בקורונה האמצעית, חוקרים חושדים בתהליכים שמניעים ומווסתים את רוח השמש".
© Nature Astronomy, Chitta et al. / GOES/SUVI / SOHO/LASCO
אחד ההיבטים הנרחבים ביותר של הכוכב שלנו הוא רוח השמש. ההליוספירה, בועה של פלזמה נדירה המציינת את תחום ההשפעה של השמש, נוצרת על ידי זרם החלקיקים הטעונים שהשמש משגרת לחלל ועוברת עד גבול מערכת השמש שלנו. רוח השמש מפוצלת למרכיבים מהירים ואיטיים בהתאם למהירותה. החלק הפנימי של חורי העטרה, אזורים שנראים כהים בקרינה אולטרה סגולה, הם המקום שבו נובעת רוח השמש המהירה, שעשויה לנוע במהירות של יותר מ-500 קילומטרים לשנייה. עם זאת, פחות ידוע על מקורותיה של רוח השמש האיטית. עם זאת, אפילו חלקיקי רוח השמש האיטית נעים בחלל בקצבים על-קוליים של 300 עד 500 קמ"ש.
פלזמה עטרה לוהטת מעל מיליון מעלות צריכה להימלט מהשמש כדי ליצור את רוח השמש האיטית. איזה מנגנון פועל כאן? יתר על כן, רוח השמש האיטית אינה הומוגנית אך חושפת, לפחות בחלקה, מבנה דמוי קרני של זרמים הניתנים להבחנה בבירור. היכן ואיך הם נובעים? אלו השאלות הנדון במחקר החדש.
ניתן לראות אזור ליד קו המשווה בנתוני GOES שמשכו את תשומת לבם של החוקרים: שני חורים קורונליים, שבהם רוח השמש מתרחקת מהשמש באין מפריע, קרוב לאזור עם שדה מגנטי חזק. אינטראקציות מערכת אלו נחשבות למקורות הפוטנציאליים של רוח השמש האיטית.
הקורונה האמצעית מעל אזור זה מתוארת על ידי מבני פלזמה מוארכים המצביעים בצורה רדיאלית כלפי חוץ בנתוני GOES. תופעה זו, שנצפתה ישירות בפעם הראשונה, מכונה על ידי צוות המחבר כרשת קורונלית. מבני האינטרנט מקיימים אינטראקציה ומתארגנים מחדש לעתים קרובות.
חוקרים יודעים מזה זמן רב שהפלזמה הסולארית של העטרה החיצונית מציגה ארכיטקטורה דומה. במשך עשרות שנים, ה-Corongraph LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) על סיפון החללית SOHO, שחגגה 25 שנה להיווסדה בשנה שעברה, מספק תמונות מאזור זה באור נראה.
רוח השמש האיטית שמתחילה את מסעה לחלל שם נחשבת בעלת מבנה דומה לזה של זרם סילון על ידי מדענים. כפי שהמחקר האחרון הוכיח בצורה מרשימה, המבנה הזה כבר שולט באמצע הִלָה.
החוקרים בחנו גם מידע מחשדות חלל אחרות כדי לקבל הבנה מעמיקה יותר של התופעה: תמונה עכשווית של פני השמש סופקה על ידי מצפה הכוכבים של נאס"א (SDO), בעוד שמבט צד סיפק על ידי החללית STEREO-A, אשר מקיף את השמש לפני כדור הארץ מאז 2006.
ד"ר קופר דאונס מחברת Predictive Science Inc., שביצע את הדמיות המחשב, אמר, "באמצעות טכניקות חישוב מודרניות המשלבות תצפיות חישה מרחוק של השמש, חוקרים יכולים להשתמש במחשבי-על כדי לבנות מודלים תלת-ממדיים מציאותיים של השדה המגנטי החמקמק בעטרה הסולרית. במחקר זה, הצוות השתמש במודל מגנטו-הידרודינמי (MHD) מתקדם כדי לדמות את השדה המגנטי ומצב הפלזמה של העטרה לתקופה זו".
ד"ר קופר דאונס מחברת Predictive Science Inc., שביצע את הדמיות המחשב, אמר, "זה עזר לנו לחבר את הדינמיקה המרתקת שצפינו בקורונה התיכונה לתיאוריות הרווחות של היווצרות רוח שמש."
צ'יטה אמר, "כפי שהחישובים מראים, המבנים של רשת העטרה עוקבים אחר קווי השדה המגנטי. הניתוח שלנו מצביע על כך שהארכיטקטורה של השדה המגנטי בקורונה האמצעית מוטבעת על רוח השמש האיטית וממלאת תפקיד חשוב בהאצת החלקיקים לחלל. על פי התוצאות החדשות של הצוות, הפלזמה הסולארית החמה בעטרה התיכונה זורמת לאורך קווי השדה המגנטי הפתוחים של רשת העטרה. במקום שבו קווי השדה חוצים ומקיימים אינטראקציה, משתחררת אנרגיה."
"יש הרבה המצביע על כך שהחוקרים עלו על תופעה בסיסית. בתקופות של פעילות סולארית גבוהה, חורים קורונליים מתרחשים לעתים קרובות ליד קו המשווה בסמיכות לאזורים בעלי חוזק שדה מגנטי גבוה. לכן, רשת העטרה שבה צפינו לא תהיה מקרה בודד".
הצוות מקווה לקבל תובנות נוספות ומפורטות יותר ממשימות סולאריות עתידיות. חלקם, כמו משימת Proba-3 של ESA שתוכננה לשנת 2024, מצוידים במכשירים המכוונים לקורונה האמצעית. ה-MPS מעורב בעיבוד וניתוח הנתונים של משימה זו. יחד עם נתוני תצפית מגששיות הפועלות כיום, כגון ה-Parker Solar Probe של נאס"א וה-Solar Orbiter של ESA, שעוזבים את קו כדור הארץ-שמש, זה יאפשר הבנה טובה יותר של המבנה התלת מימדי של רשת העטרה.
עיון ביומן:
- LP Chitta, DB Seaton, C. Downs, CE DeForest, AK Higginson. תצפיות ישירות של רשת קורונלית מורכבת המניעה רוח שמש איטית בעלת מבנה גבוה. טבע אסטרונומיה, 24 בנובמבר 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5
