Rymdfarkosten ESA/NASA Solar Orbiter har löst det magnetiska återkopplingsmysteriet

Solomkopplingen är plötslig och stor avböjning av solvindens magnetfält. Switchbacks bildande mekanism och källor är fortfarande olösta. Nu har rymdfarkosten ESA/NASA Solar Orbiter hittat övertygande ledtrådar om ursprunget till dessa magnetiska omkopplingar.

Solar Orbiter har gjort den första fjärranalysobservationen någonsin förenlig med en solomkoppling, vilket ger en fullständig bild av strukturen, vilket bekräftar att den har en S-formad karaktär, som förutspått. Dessutom tyder den globala vy som erbjuds av data från Solar Orbiter att dessa snabbt varierar magnetfält kan ha sitt ursprung nära sol.

Trots det faktum att många rymdfarkoster har passerat dessa mystiska regioner tidigare, tillåter in situ-data endast en mätning vid en specifik tidpunkt och tidpunkt. Som ett resultat måste switchbackens struktur och form härledas från mätningar av plasma- och magnetfältsegenskaper som registrerats på en enda plats.

Solar switchbacks visade sig inträffa ofta efter lanseringen av NASA:s Parker Solar Probe år 2018. Detta antydde starkt att de snabba magnetfältsvängningarna inträffar mer regelbundet nära solen och ökade möjligheten att magnetfältsveck ger dem i form av ett S.

Switchbacks är namnet på fenomenet på grund av dess förvirrande beteende. Om hur dessa kan bildas, lades flera teorier fram.

Den 25 mars 2022 var Solar Orbiter bara en dag bort från ett nära pass av solen – vilket förde den in i planetens omloppsbana kvicksilver – och dess Metis-instrument tog data. Metis blockerar det starka ljusskenet från solens yta och tar bilder av koronan.

Runt 20:39 UT, fångade Metis en bild av solkoronan som visade en förvrängd S-formad kink i koronalplasman. Enligt Daniele Telloni, National Institute for Astrophysics – Astrophysical Observatory of Torino, Italien – måste det vara en solomkoppling.

Bilden jämfördes senare med en bild tagen med Solar Orbiters instrument Extreme Ultraviolet Imager (EUI). Det visade sig att återställningen av kandidaten ägde rum ovanför en aktiv region katalogiserad som AR 12972. Ytterligare analys visade att plasmahastigheten ovanför denna region var mycket långsam, vilket man kan förvänta sig från en aktiv region som ännu inte har släppt sina lagrade energi.

Daniele kände igen detta som att det liknade återkopplingsgenereringsmekanismen som presenterades av prof. Gary Zank vid University of Alabama i Huntsville, USA. Teorin undersökte växelverkan mellan olika magnetiska områden nära Solens yta.

Daniele och Gary bevisade att switchbacks inträffar när det finns en interaktion mellan en region med öppna fältlinjer och en region med slutna fältlinjer. När fältlinjerna tränger ihop sig kan de återansluta till mer stabila konfigurationer. Snarare som att knäcka en piska frigör detta energi och sätter igång en S-formad störning i rymden, som ett passerande rymdskepp skulle spela in som en omkoppling.

Gary Zank sa, "Den första bilden från Metis som Daniele visade gav mig nästan omedelbart förslag på de tecknade serierna vi hade ritat när vi utvecklade den matematiska modellen för en switchback. Naturligtvis var den första bilden bara en ögonblicksbild, och vi var tvungna att dämpa vår entusiasm tills vi hade använt den utmärkta Metis-täckningen för att extrahera tidsinformation och göra en mer detaljerad spektralanalys av själva bilderna. Resultaten visade sig vara spektakulära!”

Forskare byggde också en datormodell av beteende. De fann att deras resultat hade en slående likhet med Metis-bilden, särskilt efter att de inkluderade beräkningar för hur strukturen skulle förlängas under dess fortplantning utåt genom solkorona.

Daniele sa, "Jag skulle säga att den här första bilden av en magnetisk switchback i solkoronan har avslöjat mysteriet med deras ursprung."

"Nästa steg är att försöka statistiskt koppla switchbacks observerade in situ med deras källregioner på solen. Med andra ord, att låta ett rymdskepp flyga genom den magnetiska omkastningen och kunna se vad som har hänt på solytan. Det här är exakt den typ av länkvetenskap som Solar Orbiter designades för att göra, men det betyder inte nödvändigtvis att Solar Orbiter behöver flyga genom switchbacken. Det kan vara en annan rymdfarkost, som Parker Solar Probe. Så länge in-situ-data och fjärranalysdata är samtidiga kan Daniele utföra korrelationen.”

Daniel Müller, ESA-projektforskare för Solar Orbiter, sade, "Det här är precis den sortens resultat vi hoppades på med Solar Orbiter. Vi får mer data från vår svit med tio instrument för varje bana. Baserat på resultat som detta kommer vi att finjustera observationerna som planeras för Solar Orbiters nästa solmöte för att förstå hur solen ansluter till den bredare magnetiska miljön i Solsystem. Detta var Solar Orbiters allra första närpassning till solen, så vi förväntar oss att många fler spännande resultat kommer."

Tidskriftsreferens:

1. Daniele Telloni, Gary P. Zank et al. Observation av en magnetisk omkoppling i solkoronan. The Astrophysical Journal Letters 936 L25. DOI: 10.3847/2041-8213/ac8104