กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยระบบสุริยะมักซ์พลังค์ (MPS) ในเยอรมนีมีความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการทำความเข้าใจหนึ่งในปริศนาลึกลับที่กวนใจที่สุดของดวงอาทิตย์: ดาวของเราขับเคลื่อนอนุภาคที่ประกอบกันเป็นดวงอาทิตย์อย่างไร ลมสุริยะ สู่อวกาศ?
ข้อมูลนี้นำเสนอมุมมองที่ชัดเจนของบริเวณที่สำคัญของโคโรนาสุริยะซึ่งก่อนหน้านี้นักวิจัยเข้าถึงได้ยาก ที่นั่น เป็นครั้งแรกที่ทีมงานได้บันทึกเครือข่ายไดนามิกของโครงสร้างพลาสมาที่มีลักษณะคล้ายใยที่ยาวและพันกัน ภาพที่แตกต่างจะปรากฏขึ้นเมื่อข้อมูลจากการสำรวจอวกาศต่างๆ และการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่ครอบคลุมถูกรวมเข้าด้วยกัน: พลังงานแม่เหล็กถูกปล่อยออกมา และอนุภาคจะหลุดออกไปในอวกาศที่ซึ่งโครงสร้างเว็บโคโรนัลที่ยาวเหยียดโต้ตอบกัน
ดาวเทียมสิ่งแวดล้อมปฏิบัติการธรณีสถิตย์ (GOES) ขององค์การบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NOAA) มักจะเกี่ยวข้องกับสิ่งอื่นนอกเหนือจาก ดวงอาทิตย์.
การรณรงค์สังเกตการณ์เชิงสำรวจเพื่อถ่ายภาพโคโรนาสุริยะที่ขยายออกไปเกิดขึ้นในเดือนสิงหาคมและกันยายน พ.ศ. 2018 เป็นเวลากว่าหนึ่งเดือนที่เครื่องสร้างภาพรังสีอัลตราไวโอเลตแสงอาทิตย์ (SUVI) ของ GOES มองตรงไปที่ดวงอาทิตย์เหมือนปกติและจับภาพที่ด้านใดด้านหนึ่ง
ดร. Dan Seaton จาก SwRI ซึ่งดำรงตำแหน่งหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ SUVI ในระหว่างการสังเกตการณ์กล่าวว่า “เรามีโอกาสน้อยมากที่จะใช้เครื่องมือในลักษณะที่ไม่ธรรมดาในการสังเกตภูมิภาคที่ยังไม่ได้สำรวจ เราไม่รู้ด้วยซ้ำว่ามันจะได้ผลหรือเปล่า แต่ถ้าได้ผล เราก็จะค้นพบสิ่งใหม่ๆ ที่สำคัญ”
โคโรนาขั้นกลาง ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศสุริยะที่อยู่สูงกว่าระดับที่มองเห็นได้ 350 กิโลเมตร พื้นผิวของดวงอาทิตย์สามารถถ่ายภาพในแสงอัลตราไวโอเลตได้เป็นครั้งแรกโดยการรวมภาพถ่ายจากมุมมองต่างๆ ซึ่งทำให้มีขอบเขตการมองเห็นของเครื่องมือเพิ่มขึ้นอย่างมาก
ดร. ประดีพ จิตตะ จาก MPS ผู้เขียนหลักของการศึกษาฉบับใหม่กล่าวว่า “ในช่วงโคโรนาตอนกลาง การวิจัยเกี่ยวกับแสงอาทิตย์มีจุดบอดบางอย่าง ขณะนี้ข้อมูล GOES มีการปรับปรุงที่สำคัญ ในโคโรนากลาง นักวิจัยสงสัยว่ากระบวนการที่ขับเคลื่อนและปรับลมสุริยะ”
© ดาราศาสตร์ธรรมชาติ, Chitta และคณะ /ไป/SUVI/SOHO/LASCO
ลักษณะที่ครอบคลุมที่สุดประการหนึ่งของดาวของเราคือลมสุริยะ เฮลิโอสเฟียร์ซึ่งเป็นฟองพลาสมาที่ทำให้บริสุทธิ์ซึ่งแสดงถึงอิทธิพลของทรงกลมของดวงอาทิตย์ ถูกสร้างขึ้นโดยกระแสอนุภาคที่มีประจุซึ่งดวงอาทิตย์ปล่อยออกสู่อวกาศและเดินทางไปยังขอบเขตของระบบสุริยะของเรา ลมสุริยะแบ่งออกเป็นองค์ประกอบที่เร็วและช้าตามความเร็ว ภายในของหลุมโคโรนาซึ่งเป็นพื้นที่ที่ปรากฏมืดเมื่อได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตโคโรนา เป็นจุดกำเนิดของสิ่งที่เรียกว่าลมสุริยะเร็วซึ่งอาจเดินทางด้วยความเร็วมากกว่า 500 กิโลเมตรต่อวินาที อย่างไรก็ตาม ยังไม่ค่อยมีใครทราบเกี่ยวกับต้นกำเนิดของลมสุริยะที่ซบเซา อย่างไรก็ตาม แม้แต่อนุภาคของลมสุริยะที่เคลื่อนตัวช้าๆ ก็เดินทางผ่านอวกาศด้วยความเร็วเหนือเสียง 300 ถึง 500 กม./วินาที
พลาสมาโคโรนาร้อนที่มากกว่าหนึ่งล้านองศาจำเป็นต้องหลบหนีจากดวงอาทิตย์เพื่อก่อตัวเป็นลมสุริยะที่พัดช้า กลไกการทำงานที่นี่มีอะไรบ้าง? ยิ่งไปกว่านั้น ลมสุริยะที่พัดช้าๆ ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน แต่อย่างน้อยก็เผยให้เห็นโครงสร้างคล้ายรังสีของลำแสงที่แยกแยะได้ชัดเจน อย่างน้อยก็ในบางส่วน พวกเขามาจากไหนและอย่างไร? คำถามเหล่านี้ได้รับการแก้ไขในการศึกษาใหม่
บริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรสามารถเห็นได้ในข้อมูล GOES ที่ดึงดูดความสนใจของนักวิจัย: รูโคโรนาสองรูที่ลมสุริยะพัดออกไปจากดวงอาทิตย์โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง ใกล้กับบริเวณที่มี สนามแม่เหล็กแรง- การโต้ตอบของระบบเหล่านี้ถือเป็นต้นกำเนิดที่เป็นไปได้ของลมสุริยะที่ซบเซา
โคโรนาตรงกลางเหนือบริเวณนี้แสดงด้วยโครงสร้างพลาสมาที่ยืดออกซึ่งชี้ออกไปในรัศมีออกไปด้านนอกในข้อมูล GOES ปรากฏการณ์นี้ซึ่งสังเกตได้โดยตรงเป็นครั้งแรก ทีมผู้เขียนเรียกปรากฏการณ์นี้ว่าเป็นเว็บโคโรนัล โครงสร้างของเว็บโต้ตอบและจัดระเบียบใหม่บ่อยครั้ง
นักวิจัยรู้จักพลาสมาสุริยะของโคโรนาส่วนนอกมานานแล้วเพื่อแสดงสถาปัตยกรรมที่คล้ายคลึงกัน เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ Coronagraph LASCO (Large Angle และ Spectrometric Coronagraph) บนยานอวกาศ SOHO ซึ่งฉลองครบรอบ 25 ปีเมื่อปีที่แล้ว ได้ให้ภาพจากภูมิภาคนี้ในแสงที่มองเห็นได้
ลมสุริยะที่พัดช้าซึ่งเริ่มเดินทางสู่อวกาศ เชื่อกันว่ามีโครงสร้างคล้ายกับกระแสน้ำที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้น จากผลการศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นอย่างน่าประทับใจ โครงสร้างนี้มีอิทธิพลเหนือตรงกลางแล้ว มาลา.
นักวิจัยยังตรวจสอบข้อมูลจากยานอวกาศอื่นๆ เพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์นี้ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น เช่น ภาพพื้นผิวดวงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นพร้อมกันนั้นจัดทำโดยหอดูดาว Solar Dynamics (SDO) ของ NASA ในขณะที่ยานอวกาศ STEREO-A ได้ให้ภาพด้านข้างซึ่ง โคจรรอบดวงอาทิตย์ก่อนโลกมาตั้งแต่ปี 2006
ดร. คูเปอร์ ดาวน์ส จาก Predictive Science Inc. ซึ่งเป็นผู้ทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์กล่าวว่า “การใช้เทคนิคการคำนวณสมัยใหม่ที่รวมการสำรวจดวงอาทิตย์จากระยะไกล นักวิจัยสามารถใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อสร้างแบบจำลอง 3 มิติที่สมจริงของสนามแม่เหล็กที่เข้าใจยากในโคโรนาสุริยะ ในการศึกษานี้ ทีมงานใช้แบบจำลองแมกนีโตไฮโดรไดนามิก (MHD) ขั้นสูงเพื่อจำลองสนามแม่เหล็กและสถานะพลาสมาของโคโรนาในช่วงเวลานี้”
ดร. คูเปอร์ ดาวน์ส จาก Predictive Science Inc. ซึ่งเป็นผู้ทำการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์กล่าวว่า “สิ่งนี้ช่วยให้เราเชื่อมโยงพลวัตอันน่าทึ่งที่เราสังเกตเห็นในโคโรนาตรงกลางกับทฤษฎีการก่อตัวของลมสุริยะที่มีอยู่ทั่วไป”
จิตตะ กล่าวว่า, “ตามการคำนวณที่แสดง โครงสร้างของแผ่นโคโรนาเป็นไปตามเส้นสนามแม่เหล็ก การวิเคราะห์ของเราชี้ให้เห็นว่าสถาปัตยกรรมของสนามแม่เหล็กในโคโรนาตรงกลางนั้นประทับอยู่บนลมสุริยะที่พัดช้า และมีบทบาทสำคัญในการเร่งอนุภาคสู่อวกาศ จากผลการวิจัยครั้งใหม่ของทีม พลาสมาสุริยะร้อนในโคโรนาตรงกลางจะไหลไปตามเส้นสนามแม่เหล็กเปิดของโครงข่ายโคโรนา เมื่อเส้นสนามตัดกันและมีปฏิสัมพันธ์กัน พลังงานจะถูกปล่อยออกมา”
“มีข้อเสนอแนะมากมายว่านักวิจัยกำลังเข้าสู่ปรากฏการณ์พื้นฐาน ในช่วงที่มีกิจกรรมสุริยะสูง หลุมโคโรนามักเกิดขึ้นใกล้เส้นศูนย์สูตรใกล้กับบริเวณที่มีความแรงของสนามแม่เหล็กสูง เครือข่ายโคโรนาที่เราสังเกตเห็นจึงไม่น่าจะเป็นกรณีที่แยกได้”
ทีมงานหวังว่าจะได้รับข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมและละเอียดมากขึ้นจากภารกิจพลังงานแสงอาทิตย์ในอนาคต บางส่วน เช่น ภารกิจ Proba-3 ของ ESA ที่วางแผนไว้สำหรับปี 2024 มีการติดตั้งเครื่องมือที่มุ่งเป้าไปที่โคโรนาตรงกลาง MPS มีส่วนร่วมในการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูลของภารกิจนี้ เมื่อรวมกับข้อมูลเชิงสังเกตจากยานสำรวจที่ทำงานอยู่ในปัจจุบัน เช่น Parker Solar Probe ของ NASA และ Solar Orbiter ของ ESA ซึ่งออกจากเส้น Earth-Sun-line จะช่วยให้เข้าใจโครงสร้างสามมิติของโครงข่ายโคโรนาได้ดีขึ้น
การอ้างอิงวารสาร:
- LP Chitta, DB Seaton, C. Downs, CE DeForest, AK ฮิกกินสัน การสังเกตโดยตรงของแผ่นใยโคโรนาที่ซับซ้อนที่ขับเคลื่อนลมสุริยะที่มีโครงสร้างสูงช้า ธรรมชาติดาราศาสตร์24 พฤศจิกายน 2022 ดอย: 10.1038/s41550-022-01834-5
