Впервые в истории космический аппарат "коснулся" Солнца

28 апреля 2021 года зонд НАСА Parker Solar Probe фактически влетел в солнечную корону, верхнюю атмосферу Солнца, и прошел через нее. Он не только остался жив, доказав эффективность высокотехнологичной теплозащиты Parker, но и провел измерения на месте, предоставив нам множество невиданных ранее данных о сердце нашей Солнечной системы.

"Прикосновение зонда Parker к Солнцу - монументальный момент для науки о Солнце и поистине выдающийся подвиг", - сказал астрофизик Томас Зурбухен, помощник администратора Управления научных миссий в штаб-квартире НАСА.

"Эта веха не только дает нам более глубокое понимание эволюции нашего Солнца и его влияния на нашу Солнечную систему, но и все, что мы узнаем о нашей собственной звезде, позволяет нам узнать больше о звездах в остальной части Вселенной".

Зонд Parker Solar Probe стартовал в 2018 году, его основная цель - исследование солнечной короны. В ходе запланированной семилетней миссии он должен совершить в общей сложности 26 сближений, или перигелий, с Солнцем, используя в общей сложности семь маневров гравитационной поддержки с Венеры, чтобы приблизить его еще больше. Апрельский перигелий был восьмым, и первым, когда аппарат действительно вошел в корону.

За почти пять часов пребывания в солнечной атмосфере "Паркер" измерил колебания магнитного поля Солнца и взял пробы частиц. Ранее наши оценки этих свойств зависели от внешней информации.

"Пролетая так близко к Солнцу, Parker Solar Probe теперь ощущает такие условия в магнитно-доминирующем слое солнечной атмосферы - короне - которые мы никогда не могли наблюдать раньше", - сказал астрофизик Нур Рауафи, научный сотрудник проекта Parker в Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса.

"Мы видим доказательства нахождения в короне в данных о магнитном поле, данных о солнечном ветре и визуально на изображениях. Мы можем видеть, как космический аппарат пролетает через корональные структуры, которые можно наблюдать во время полного солнечного затмения".

Выше: Яркие элементы, видимые на снимках здесь, - это корональные стримеры, которые обычно видны с Земли только во время затмения. Они были получены зондом "Паркер" во время девятого перигелия в августе этого года.

У Солнца нет твердой поверхности. Вместо этого его граница определяется так называемой критической поверхностью Альфвена, где гравитация и магнитные поля Солнца слишком слабы, чтобы удержать солнечную плазму.

Выше этой точки возникает солнечный ветер, который мощно дует через Солнечную систему, настолько быстро, что волны внутри ветра отрываются от Солнца. То, что мы называем "поверхностью" Солнца, состоящей из кочующей плазмы с конвективными ячейками и известной как фотосфера, находится гораздо ниже.

Одной из целей "Паркера" было выяснить больше об альфвеновской критической поверхности, а именно, где она находится и какова ее топография, поскольку мы не знали ни того, ни другого. По оценкам, критическая поверхность Альфвена находится где-то между 10 и 20 солнечными радиусами от центра Солнца. Паркер вошел в корону на расстоянии 19,7 солнечных радиусов, опустившись до 18,4 солнечных радиусов во время своего путешествия по короне.

Интересно, что зонд, по-видимому, спорадически сталкивался с магнитными условиями короны, предполагая, что критическая поверхность Альфвена является морщинистой. На меньшей глубине "Паркер" столкнулся с магнитной структурой, известной как псевдостример, которую мы можем наблюдать в виде дуги, выходящей из Солнца во время солнечных затмений. Данные Паркера позволяют предположить, что эти структуры ответственны за деформацию критической поверхности Альфвена, хотя в настоящее время мы не знаем, почему.

Внутри псевдостримера условия были тише, чем в окружающей солнечной атмосфере. Частицы уже не так хаотично буферизировали космический аппарат, а магнитное поле было более упорядоченным.

Паркер также исследовал явление, известное как "солнечное переключение". Это Z-образные перегибы в магнитном поле солнечного ветра, и в настоящее время неизвестно, где и как они образуются. Мы знаем об обратных переходах с 1990-х годов, но только после того, как Паркер исследовал их в 2019 году, мы узнали, что они довольно распространены. Тогда, во время шестого пролета, данные зонда показали, что переключения происходят из пятен.

Теперь "Паркер" обнаружил их внутри солнечной атмосферы, предположив, что по крайней мере некоторые переключения происходят из нижней короны.

"Структура областей с переключениями совпадает со структурой небольшой магнитной воронки в основании короны", - сказал астроном Стюарт Бейл из Калифорнийского университета в Беркли, ведущий автор статьи об этом явлении, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal. "Это то, что мы ожидаем от некоторых теорий, и это указывает на источник солнечного ветра".

Мы до сих пор не знаем, как образовались эти любопытные структуры, но, поскольку впереди еще десятки перигелиев, расположенных на расстоянии 9,86 солнечных радиусов от центра Солнца, мы, вероятно, получим весьма увлекательные ответы.

"Мы наблюдаем за Солнцем и его короной уже несколько десятилетий, и мы знаем, что там происходит интересная физика, которая нагревает и ускоряет плазму солнечного ветра. Тем не менее, мы не можем точно сказать, что это за физика", - сказал Рауафи.

"Благодаря тому, что Parker Solar Probe сейчас летит в корону с преобладанием магнитного поля, мы получим долгожданное представление о внутренней работе этого загадочного региона".

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.