Група вчених з Інституту дослідження сонячної системи імені Макса Планка (MPS) у Німеччині досягла значного прогресу в розумінні однієї з найбільш тривожних таємниць Сонця: як наша зірка рухає частинки, що утворюють сонячний вітер в космос?
Ця інформація пропонує чітку перспективу важливої області сонячної корони, до якої дослідникам раніше було важко дістатися. Там команда вперше зафіксувала динамічну мережу плазмових структур, які нагадують довгу переплетену мережу. Чітка картина виявляється, коли дані різних космічних зондів і комплексного комп’ютерного моделювання об’єднуються: магнітна енергія розряджається, і частинки вилітають у космос, де взаємодіють подовжені корональні структури.
Геостаціонарні операційні екологічні супутники (GOES) Національного управління океанічних і атмосферних досліджень США (NOAA) традиційно займаються іншими речами, ніж Sun.
У серпні та вересні 2018 року відбулася дослідницька кампанія спостережень із зображення розширеної сонячної корони. Більше місяця Solar Ultraviolet Imager (SUVI) GOES дивився прямо на Сонце, як зазвичай, і робив зображення з обох боків від нього.
Доктор Ден Сітон з SwRI, який працював головним науковим співробітником SUVI під час кампанії спостереження, сказав: «У нас була рідкісна можливість використовувати інструмент у незвичний спосіб для спостереження за регіоном, який ще не досліджувався. Ми навіть не знали, чи це спрацює, але якби це спрацювало, ми б зробили важливі відкриття».
Проміжна корона, шар сонячної атмосфери на 350 тисяч кілометрів вище видимого поверхні Сонця, можна було вперше сфотографувати в ультрафіолетовому світлі шляхом об’єднання фотографій під різними кутами огляду, що значно збільшило поле зору приладу.
Доктор Прадіп Чітта з MPS, провідний автор нового дослідження, сказав: «У середній короні сонячні дослідження мали щось на зразок сліпої плями. Дані GOES тепер забезпечують значне покращення. У середній короні дослідники підозрюють процеси, які рухають і модулюють сонячний вітер».
© Nature Astronomy, Chitta et al. / GOES/SUVI / SOHO/LASCO
Одним із наймасштабніших аспектів нашої зірки є сонячний вітер. Геліосфера, бульбашка розрідженої плазми, яка позначає сферу впливу Сонця, створюється потоком заряджених частинок, які Сонце запускає в космос і подорожує до межі нашої Сонячної системи. Сонячний вітер поділяється на швидкі та повільні компоненти відповідно до його швидкості. Всередині корональних дір, областей, які виглядають темними в корональному ультрафіолетовому випромінюванні, бере початок так званий швидкий сонячний вітер, який може поширюватися зі швидкістю понад 500 кілометрів на секунду. Однак про походження млявого сонячного вітру відомо менше. Однак навіть частинки повільного сонячного вітру подорожують у космосі з надзвуковою швидкістю від 300 до 500 км/с.
Гаряча корональна плазма з температурою вище одного мільйона градусів повинна покинути Сонце, щоб утворити повільний сонячний вітер. Який механізм тут працює? Крім того, повільний сонячний вітер не є однорідним, але виявляє, принаймні частково, променеву структуру чітко помітних стрімерів. Де і як вони виникають? Ці питання розглядаються в новому дослідженні.
У даних GOES можна побачити область біля екватора, яка привернула увагу дослідників: дві корональні діри, де сонячний вітер безперешкодно відтікає від Сонця, поблизу області з сильне магнітне поле. Ці системні взаємодії вважають потенційним джерелом повільного сонячного вітру.
Середня корона над цією областю зображена витягнутими плазмовими структурами, спрямованими радіально назовні в даних GOES. Це явище, яке було безпосередньо спостережено вперше, авторська група називає корональною павутиною. Структури мережі часто взаємодіють і реорганізовуються.
Дослідники давно знають, що сонячна плазма зовнішньої корони має подібну архітектуру. Десятиліттями коронограф LASCO (великий кутовий і спектрометричний коронограф) на борту космічного корабля SOHO, який минулого року відзначив своє 25-річчя, надає зображення цього регіону у видимому світлі.
Вчені вважають, що повільний сонячний вітер, який починає свою подорож у космос, має структуру, схожу на реактивний потік. Як вражаюче показало нещодавнє дослідження, ця структура вже переважає в середині корона.
Дослідники також вивчили інформацію з інших космічних зондів, щоб отримати глибше розуміння явища: сучасне зображення поверхні Сонця було надано Обсерваторією сонячної динаміки NASA (SDO), а вид збоку надав космічний корабель STEREO-A, який обертається навколо Сонця перед Землею з 2006 року.
Доктор Купер Даунс з Predictive Science Inc., який проводив комп’ютерне моделювання, сказав: «Використовуючи сучасні обчислювальні методи, які включають дистанційне зондування Сонця, дослідники можуть використовувати суперкомп’ютери для створення реалістичних 3D-моделей невловимого магнітного поля в сонячній короні. У цьому дослідженні команда використовувала вдосконалену магнітогідродинамічну (МГД) модель для моделювання магнітного поля корони та стану плазми протягом цього періоду».
Доктор Купер Даунс з Predictive Science Inc., який проводив комп’ютерне моделювання, сказав: «Це допомогло нам пов’язати захоплюючу динаміку, яку ми спостерігали в середній короні, з переважаючими теоріями формування сонячного вітру».
Читта сказав, «Як показують розрахунки, структури корональної павутини слідують лініям магнітного поля. Наш аналіз показує, що архітектура магнітного поля в середній короні відбита на повільному сонячному вітрі та відіграє важливу роль у прискоренні частинок у космос. Згідно з новими результатами команди, гаряча сонячна плазма в середній короні тече вздовж відкритих ліній магнітного поля корональної мережі. Там, де лінії поля перетинаються та взаємодіють, виділяється енергія».
«Є багато чого, що свідчить про те, що дослідники перебувають на фундаментальному явищі. У періоди високої сонячної активності корональні діри часто виникають поблизу екватора в безпосередній близькості від областей високої напруженості магнітного поля. Тому корональна мережа, яку ми спостерігали, навряд чи є поодиноким випадком».
Команда сподівається отримати подальшу та більш детальну інформацію від майбутніх сонячних місій. Деякі з них, як-от місія ESA Proba-3, запланована на 2024 рік, оснащені приладами, націленими на середню корону. MPS бере участь в обробці та аналізі даних цієї місії. Разом із даними спостережень від діючих зондів, таких як Parker Solar Probe NASA та Solar Orbiter ESA, які залишають лінію Земля-Сонце, це дозволить краще зрозуміти тривимірну структуру корональної мережі.
Довідка з журналу:
- Чітта Л.П., Д.Б. Сітон, С. Даунс, С.Е. ДеФорест, А.К. Хіггінсон. Прямі спостереження за складною корональною мережею, що керує високоструктурованим повільним сонячним вітром. Природа астрономії, 24 листопада 2022 р. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5
