Sonda ESA/NASA Solar Orbiter rozwiązała zagadkę przełączania magnetycznego

Przełączanie słoneczne to nagłe i duże odchylenia pola magnetycznego wiatru słonecznego. Mechanizm powstawania zwrotnic i ich źródła wciąż pozostają nierozwiązane. Teraz sonda kosmiczna ESA/NASA Solar Orbiter znalazła przekonujące wskazówki co do pochodzenia tych magnetycznych zwrotnic.

Solar Orbiter wykonał pierwszą w historii obserwację teledetekcyjną zgodną z przełączeniem słonecznym, zapewniając pełny widok struktury, potwierdzając, że zgodnie z przewidywaniami ma ona charakter w kształcie litery S. Dodatkowo, globalny widok oferowany przez dane z Solar Orbiter sugeruje, że te szybko się zmieniają Pola magnetyczne mogą mieć swoje początki zbliżone do Niedz.

Pomimo faktu, że w przeszłości przez te tajemnicze regiony przelatywały liczne statki kosmiczne, dane in situ pozwalają na pomiar tylko w określonym punkcie i czasie. W rezultacie struktura i kształt zwrotnicy muszą być wydedukowane z pomiarów właściwości plazmy i pola magnetycznego zarejestrowanych w jednym miejscu.

Stwierdzono, że nawroty energii słonecznej zdarzały się często po uruchomieniu Sonda słoneczna Parker NASA w 2018 roku. To silnie sugerowało, że gwałtowne odwrócenie pola magnetycznego występuje bardziej regularnie w pobliżu Słońca i zwiększa prawdopodobieństwo, że załamania pola magnetycznego przyniosą je w kształcie litery S.

Switchbacks to nazwa nadana temu zjawisku ze względu na jego kłopotliwe zachowanie. Co do tego, jak mogą się one formować, wysunięto kilka teorii.

25 marca 2022 r. Solar Orbiter znajdował się zaledwie dzień drogi od bliskiego przejścia Słońca – przenosząc go na orbitę planety rtęć – a jego instrument Metis zbierał dane. Metis blokuje jasny blask światła z powierzchni Słońca i robi zdjęcia korony.

Około 20:39 czasu UT Metis wykonał zdjęcie korony słonecznej, które ukazywało zniekształcone załamanie w kształcie litery S w plazmie koronowej. Według Daniele Telloni, National Institute for Astrophysics – Astrophysical Observatory of Torino, Włochy – to musi być słoneczny powrót.

Obraz został później porównany z obrazem wykonanym przez instrument Extreme Ultraviolet Imager (EUI) Solar Orbiter. Stwierdzono, że potencjalny powrót miał miejsce nad aktywnym regionem skatalogowanym jako AR 12972. Dalsza analiza wykazała, że ​​prędkość plazmy nad tym regionem była bardzo niska, jak można by oczekiwać od aktywnego regionu, który jeszcze nie uwolnił swojej przechowywanej energia.

Daniele uznał to za przypominające mechanizm generowania impulsów przedstawiony przez prof. Gary'ego Zanka z University of Alabama w Huntsville w USA. Teoria badała interakcje między różnymi obszarami magnetycznymi w pobliżu Powierzchnia słońca.

Daniele i Gary udowodnili, że zwroty występują, gdy zachodzi interakcja między obszarem linii pola otwartego a obszarem linii pola zamkniętego. Gdy linie pola stłoczą się, mogą ponownie połączyć się w bardziej stabilne konfiguracje. Raczej jak trzaskanie biczem, uwalnia to energię i wywołuje zakłócenie w kształcie litery S podróżujące w przestrzeń kosmiczną, które przelatujący statek kosmiczny zarejestrowałby jako zwrot.

Gary Zank powiedział: „Pierwsze zdjęcie z Metis, które pokazał Daniele, niemal natychmiast zasugerowało mi rysunki, które narysowaliśmy, opracowując matematyczny model zwrotnicy. Oczywiście pierwszy obraz był tylko migawką i musieliśmy tłumić nasz entuzjazm, dopóki nie wykorzystaliśmy doskonałego pokrycia Metis do wyodrębnienia informacji czasowych i przeprowadzenia bardziej szczegółowej analizy widmowej samych obrazów. Wyniki okazały się spektakularne!”

Naukowcy zbudowali także komputerowy model zachowania. Odkryli, że ich wyniki są uderzająco podobne do obrazu Metis, zwłaszcza po uwzględnieniu obliczeń dotyczących wydłużania się struktury podczas jej propagacji na zewnątrz przez korona słoneczna.

Daniele powiedział: „Powiedziałbym, że ten pierwszy obraz magnetycznego przełącznika w koronie słonecznej ujawnił tajemnicę ich pochodzenia”.

„Następnym krokiem jest próba statystycznego powiązania zwrotów zaobserwowanych in situ z ich regionami źródłowymi na Słońcu. Innymi słowy, aby statek kosmiczny przeleciał przez odwrócenie magnetyczne i był w stanie zobaczyć, co dzieje się na powierzchni Słońca. Jest to dokładnie ten rodzaj nauki o sprzężeniu, do którego zaprojektowano Solar Orbiter, ale niekoniecznie oznacza to, że Solar Orbiter musi przelecieć przez serpentynę. Może to być inny statek kosmiczny, taki jak sonda Parker Solar Probe. Dopóki dane in situ i dane z teledetekcji są zbieżne, Daniele może przeprowadzić korelację”.

Daniel Müller, naukowiec projektu ESA dla Solar Orbiter, powiedziany, „To jest dokładnie taki wynik, na jaki liczyliśmy z Solar Orbiter. Pozyskujemy więcej danych z naszego zestawu dziesięciu instrumentów na każdą orbitę. W oparciu o wyniki takie jak ten dostosujemy obserwacje zaplanowane na następne spotkanie słoneczne Solar Orbiter, aby zrozumieć, w jaki sposób Słońce łączy się z szerszym środowiskiem magnetycznym Solar system. To było pierwsze zbliżenie sondy Solar Orbiter do Słońca, więc spodziewamy się, że nadejdzie wiele bardziej ekscytujących wyników”.

Referencje czasopisma:

1. Daniele Telloni, Gary P. Zank i in. Obserwacja zwrotnicy magnetycznej w koronie słonecznej. The Astrophysical Journal Letters 936 L25. DOI: 10.3847/2041-8213/ac8104