Вчені з місії NASA Parker Solar Probe виявили важливі нові підказки про походження сонячного вітру – постійного потоку заряджених частинок, що вивільняються від Сонця, які заповнюють Сонячну систему.
Спостереження з багатьох космічних і наземних обсерваторій показують, що сонячний вітер може в основному підживлюватися невеликими струменями, або «струменями», у основі корони – верхньої атмосфери Сонця. Це відкриття допомагає вченим краще зрозуміти 60-річну таємницю того, що нагріває та прискорює сонячний вітер.
«Ці нові дані показують нам, як сонячний вітер розвивається у своєму джерелі», — сказав Нур Рауафі, керівник дослідження та науковий співробітник проекту Parker Solar Probe з Лабораторії прикладної фізики Джона Хопкінса (APL) у Лорелі, штат Меріленд. «Ви можете побачити потік сонячного вітру, що піднімається з крихітних струменів плазми з мільйонами градусів по всій основі корони. Ці відкриття матимуть величезний вплив на наше розуміння нагрівання та прискорення плазми коронального та сонячного вітру».
Розуміння сонячного вітру є основоположним для нашого розуміння нашої Сонячної системи та інших у всьому Всесвіті – і є основною науковою метою місії Parker Solar Probe . Сонячний вітер, що складається з електронів, протонів і важких іонів, рухається через сонячну систему зі швидкістю приблизно 1 мільйон миль на годину. Коли сонячний вітер взаємодіє з магнітним полем Землі, він може створювати приголомшливі полярні сяйва, а також збої в роботі GPS і систем зв’язку. Згодом сонячний вітер і зоряні вітри в інших сонячних системах також можуть впливати на склад і еволюцію планетарних атмосфер – навіть впливаючи на придатність планет до життя.
Сила в цифрах
На Землі сонячний вітер зазвичай є постійним бризом. Тому вчені шукали постійне джерело на Сонці, яке могло б постійно живити сонячний вітер. Однак нові висновки, прийняті для публікації в Astrophysical Journal і опубліковані на ArXiv, онлайн-сайті препринтів, показують, що сонячний вітер може значною мірою живитися і підживлюватися окремими струменями, які періодично вивергаються в нижню частину корони. Хоча кожен струмінь відносно невеликий – лише кілька сотень миль у довжину – їх сукупної енергії та маси може бути достатньо для створення сонячного вітру.
«Цей результат означає, що, по суті, весь сонячний вітер, ймовірно, вивільняється з перервами, стаючи рівномірним потоком приблизно так само, як окремі звуки плескань в аудиторії перетворюються на рівномірний рев, коли публіка аплодує», — сказав Крейг ДеФорест, сонячний фізик. у Південно-західному дослідницькому інституті в Боулдері, штат Колорадо, і співавтором нової статті. «Це змінює парадигму того, як ми думаємо про певні аспекти сонячного вітру».
Відомо, що джелети, які вперше спостерігалися понад десять років тому, викликані процесом, відомим як магнітне перез’єднання, яке відбувається, коли лінії магнітного поля сплутуються та вибухово перебудовуються. Повторне з’єднання є поширеним процесом у заряджених газах, званих плазмою, і спостерігається у всьому Всесвіті від Сонця до навколоземного простору навколо чорних дір. У сонячній короні повторне з’єднання створює ці короткочасні струмені плазми, які пропускають енергію та матеріал у верхню корону, яка витікає через сонячну систему як сонячний вітер.
Для вивчення джелетів і магнітних полів вчені в основному використовували спостереження з Обсерваторії сонячної динаміки (SDO) і приладу Solar Ultraviolet Imager серії Geostationary Operational Environmental Satellite-R (GOES-R/SUVI), а також магнітне поле високої роздільної здатності. Дані сонячного телескопа Goode в сонячній обсерваторії Big Bear у Каліфорнії. Усе дослідження було засновано на явищі, яке вперше спостерігав Parker Solar Probe, під назвою перемикання – магнітні зигзагоподібні структури в сонячному вітрі. Комбінація спостережень з багатьох точок зору, а також висока роздільна здатність цих зображень і спостереження Parker Solar Probe зблизька допомогли вченим зрозуміти колективну поведінку джетів.
«Раніше ми не могли виявити достатню кількість таких подій, щоб пояснити спостережувану кількість маси та енергії, що випливають із Сонця», — сказала Джуді Карпен, співавтор статті та геліофізик Центру космічних польотів імені Годдарда NASA в Грінбелті, штат Меріленд. «Але покращена роздільна здатність спостережень і ретельна обробка даних уможливили нові відкриття».
Спостереження показали, що джелети присутні в нижніх шарах сонячної атмосфери по всьому Сонцю. Це робить їх надійним рушієм постійного сонячного вітру, на відміну від інших явищ, які зростають і слабшають з 11-річним циклом сонячної активності, таких як сонячні спалахи та викиди корональної маси. Крім того, вчені підрахували, що енергія та маса, вироблена джелетами, може забезпечити більшість, якщо не всю кількість енергії та маси, які спостерігаються в сонячному вітрі.
Десятиліття прориву
Обсерваторія сонячної динаміки НАСА показує дрібні струмені в основі сонячної корони або верхніх шарів атмосфери Сонця. Можна побачити струмені, що виходять з поверхні Сонця. Спостереження велися протягом приблизно 10 годин 28 квітня 2021 року.
Сонячний вітер вперше запропонував наприкінці 1950-х років вчений-провидець Юджин Паркер, тезка сонячного зонда Parker. У 1988 році Паркер припустив, що корона може нагріватися «наноспалахами», крихітними вибухами в сонячній атмосфері. Теорія Паркера зрештою стала провідним кандидатом на пояснення нагрівання та прискорення сонячного вітру.
«Крихітні події повторного підключення, які ми спостерігали, у певному сенсі є тим, що запропонував Юджин Паркер понад три десятиліття тому», — сказав Рауафі. «Я переконаний, що ми на правильному шляху до розуміння сонячного вітру та коронального нагрівання».
Продовження спостережень за допомогою сонячного зонда Parker Solar Probe та інших інструментів, таких як поляриметр NASA для об’єднання корони та геліосфери або PUNCH, а також сонячний телескоп Daniel K. Inouye, допоможе вченим підтвердити, чи є реактивні літаки основним джерелом сонячного вітру.
«Ці висновки значно полегшують пояснення того, як сонячний вітер прискорюється та нагрівається», — сказав ДеФорест. «Ми ще не закінчили з головоломкою, але це великий крок вперед для розуміння центральної таємниці сонячної фізики».