Skupina znanstvenikov z Inštituta Max Planck za raziskave sončnega sistema (MPS) v Nemčiji je naredila pomemben napredek pri razumevanju ene najbolj mučnih skrivnosti Sonca: kako naša zvezda poganja delce, ki sestavljajo sončni veter v vesolje?
Informacije ponujajo jasno perspektivo ključne regije sončne korone, ki je bila prej težko dostopna raziskovalcem. Tam je ekipa prvič posnela dinamično mrežo plazemskih struktur, ki spominjajo na dolgo, prepleteno mrežo. Različna slika se pokaže, ko združimo podatke iz različnih vesoljskih sond in obsežnih računalniških simulacij: magnetna energija se sprosti in delci uidejo v vesolje, kjer medsebojno delujejo podolgovate strukture koronalnega spleta.
Geostacionarni operativni okoljski sateliti (GOES) ameriške Nacionalne uprave za oceane in atmosfero (NOAA) se tradicionalno ukvarjajo s stvarmi, ki niso ne.
Raziskovalna opazovalna kampanja za slikanje razširjene sončne korone je potekala avgusta in septembra 2018. Več kot mesec dni je GOES-ov Solar Ultraviolet Imager (SUVI) gledal neposredno v Sonce, kot običajno, in zajemal slike na obeh straneh.
Dr. Dan Seaton iz SwRI, ki je bil med opazovalno kampanjo glavni znanstvenik za SUVI, je dejal, »Imeli smo redko priložnost uporabiti instrument na nenavaden način za opazovanje regije, ki še ni bila raziskana. Sploh nismo vedeli, ali bo delovalo, a če bi, bi prišli do pomembnih odkritij.«
Vmesna korona, plast sončne atmosfere 350 tisoč kilometrov nad vidno površino Sonca, je bilo mogoče prvič fotografirati v ultravijolični svetlobi z integracijo fotografij iz različnih zornih kotov, kar je znatno povečalo vidno polje instrumenta.
Dr. Pradeep Chitta iz MPS, glavni avtor nove študije, je dejal, »V srednji koroni so imele sončne raziskave nekaj slepe pege. Podatki GOES zdaj zagotavljajo znatno izboljšavo. V srednji koroni raziskovalci sumijo na procese, ki poganjajo in modulirajo sončni veter.«
© Nature Astronomy, Chitta et al. / GOES/SUVI / SOHO/LASCO
Eden najobsežnejših vidikov naše zvezde je sončni veter. Heliosfera, mehurček redke plazme, ki označuje Sončevo vplivno sfero, nastane zaradi toka nabitih delcev, ki jih Sonce izstreli v vesolje in potuje do meje našega Osončja. Sončni veter je glede na svojo hitrost razdeljen na hitre in počasne komponente. Notranjost koronalnih lukenj, območij, ki so v koronarnem ultravijoličnem sevanju videti temna, je tam, kjer izvira tako imenovani hitri sončni veter, ki lahko potuje s hitrostjo več kot 500 kilometrov na sekundo. Manj pa je znanega o izvoru počasnega sončnega vetra. Vendar tudi delci počasnega sončnega vetra potujejo skozi vesolje z nadzvočnimi hitrostmi od 300 do 500 km/s.
Vroča koronalna plazma nad milijon stopinj mora uiti Soncu, da nastane počasen sončni veter. Kakšen mehanizem je tukaj na delu? Poleg tega počasen sončni veter ni homogen, ampak razkriva, vsaj delno, žarkom podobno strukturo jasno razločljivih trakov. Kje in kako nastanejo? To so vprašanja, ki jih obravnava nova študija.
V podatkih GOES je mogoče videti območje blizu ekvatorja, ki je pritegnilo pozornost raziskovalcev: dve koronalni luknji, kjer sončni veter neovirano teče stran od Sonca, blizu območja z močno magnetno polje. Te sistemske interakcije veljajo za potencialni izvor počasnega sončnega vetra.
Srednja korona nad tem območjem je prikazana s podolgovatimi plazemskimi strukturami, ki so v podatkih GOES usmerjene radialno navzven. Ta pojav, ki je bil prvič neposredno opažen, avtorska ekipa imenuje koronalni splet. Strukture spleta medsebojno delujejo in se pogosto reorganizirajo.
Raziskovalci že dolgo vedo, da ima sončna plazma zunanje korone podobno arhitekturo. Koronograf LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) na krovu vesoljskega plovila SOHO, ki je lani praznovalo 25. obletnico, že desetletja zagotavlja slike iz te regije v vidni svetlobi.
Znanstveniki domnevajo, da ima počasen sončni veter, ki tam začne svojo pot v vesolje, podobno strukturo kot curek. Kot je navdušujoče pokazala nedavna študija, ta struktura že prevladuje na sredini krona.
Raziskovalci so preučili tudi informacije iz drugih vesoljskih sond, da bi pridobili globlje razumevanje pojava: Sočasno sliko Sončeve površine je zagotovil Nasin Solar Dynamics Observatory (SDO), stranski pogled pa vesoljsko plovilo STEREO-A, ki od leta 2006 kroži okoli Sonca pred Zemljo.
Dr. Cooper Downs iz Predictive Science Inc., ki je izvedel računalniške simulacije, je dejal, »Z uporabo sodobnih računalniških tehnik, ki vključujejo opazovanje Sonca z daljinskim zaznavanjem, lahko raziskovalci uporabijo superračunalnike za izdelavo realističnih 3D modelov izmuzljivega magnetnega polja v sončni koroni. V tej študiji je ekipa uporabila napreden magnetohidrodinamični (MHD) model za simulacijo magnetnega polja korone in stanja plazme za to obdobje.«
Dr. Cooper Downs iz Predictive Science Inc., ki je izvedel računalniške simulacije, je dejal, "To nam je pomagalo povezati fascinantno dinamiko, ki smo jo opazili v srednji koroni, s prevladujočimi teorijami o nastanku sončnega vetra."
Chitta je dejal, »Kot kažejo izračuni, strukture koronalne mreže sledijo linijam magnetnega polja. Naša analiza kaže, da je arhitektura magnetnega polja v srednji koroni vtisnjena na počasen sončni veter in igra pomembno vlogo pri pospeševanju delcev v vesolje. Glede na nove rezultate ekipe teče vroča sončna plazma v srednji koroni vzdolž odprtih magnetnih silnic koronalne mreže. Kjer se poljske črte križajo in medsebojno delujejo, se sprosti energija.«
»Veliko kaže, da so raziskovalci pri temeljnem pojavu. V obdobjih visoke sončne aktivnosti se koronalne luknje pogosto pojavijo blizu ekvatorja v neposredni bližini območij z visoko jakostjo magnetnega polja. Koronalna mreža, ki smo jo opazili, zato verjetno ni osamljen primer."
Ekipa upa, da bo pridobila nadaljnje in podrobnejše vpoglede iz prihodnjih sončnih misij. Nekateri od njih, kot je misija ESA Proba-3, načrtovana za leto 2024, so opremljeni z instrumenti, ki ciljajo na srednjo korono. MPS sodeluje pri obdelavi in analizi podatkov te misije. Skupaj z opazovalnimi podatki iz trenutno delujočih sond, kot sta NASA-ina Parker Solar Probe in ESA-in Solar Orbiter, ki zapustijo linijo Zemlja-Sonce, bo to omogočilo boljše razumevanje tridimenzionalne strukture koronalne mreže.
Referenca dnevnika:
- LP Chitta, DB Seaton, C. Downs, CE DeForest, AK Higginson. Neposredna opazovanja kompleksnega koronalnega spleta, ki poganja visoko strukturiran počasen sončni veter. Narava astronomija, 24. november 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5
