Солнечный зонд проследил путь загадочных магнитных петель
Европейский космический аппарат «Солнечный орбитер» пролетел сквозь S-образный изгиб магнитного поля солнечного ветра. Опознав частицы внутри этого изгиба по их характерным признакам, зонд сумел проследить его происхождение вплоть до поверхности Солнца. Это проливает свет на природу солнечного магнетизма — необузданного источника опасных солнечных бурь.
Солнце обладает мощным и беспокойным магнитным полем. Оно управляет не только самой звездой, но и вытягивается наружу вдоль силовых линий солнечным ветром — потоком горячих заряженных частиц, который непрерывно изливается из Солнца в космос. Эти линии способны скручиваться, разрываться и складываться сами на себя во время путешествия по Солнечной системе. Вместе солнечный ветер и его подвижные силовые линии создают всевозможные явления, изучение которых помогает понять, что происходит на нашей звезде и вокруг неё.
В 2022 году Европейское космическое агентство сообщило, что «Солнечный орбитер» обнаружил изгиб в магнитном поле солнечного ветра. Подобные изгибы часто встречаются вблизи Солнца, но учёные до сих пор спорят, как именно они образуются. Наблюдая издалека, «Солнечный орбитер» помог решить часть этой загадки, подтвердив, что изгиб имеет S-образную форму — нечто такое, что предсказывали теоретически, но не видели напрямую.
Теперь аппарат добавил к этой головоломке ещё один важный фрагмент, проследив путь изгиба обратно к его источнику на Солнце. «Солнечный орбитер» пролетел сквозь очень крупный изгиб, — говорит Джесси Коберн из Национального центра научных исследований Франции, ведущий автор новой работы. — Благодаря этому мы смогли изучить редко встречающиеся частицы, которые несут характерные следы своего происхождения».
Не одно или другое, а оба
Чтобы установить эту связь, Джесси и его коллеги использовали прибор для анализа солнечного ветра на борту «Солнечного орбитера», чтобы изучить плазму, из которой состоял изгиб. В тот момент аппарат находился примерно на полпути между Землёй и Солнцем.
Они обнаружили смесь заряженных частиц кислорода и углерода, которые могли образоваться только одним способом — внутри горячих магнитных петель на поверхности Солнца.
«Существуют две основные конкурирующие теории о том, как образуется изгиб, а вместе с ним и солнечный ветер, — добавляет Джесси. — Обнаруженное сочетание частиц служит неопровержимым указанием на процесс, известный как пересоединение встречных потоков».
Такое пересоединение происходит, когда области Солнца с разными магнитными свойствами взаимодействуют друг с другом. В атмосфере Солнца открытые области имеют силовые линии, которые уходят в пространство подобно скоростным трассам, позволяя веществу устремляться по ним в космос. Закрытые области имеют линии, которые сначала уходят в пространство, а затем возвращаются к Солнцу, образуя замкнутые петли. Когда открытая область соприкасается с закрытой, линии могут сблизиться, разорваться и соединиться по-новому, позволяя плазме, прежде запертой в петле, вырваться в космос.
Именно это и произошло с данным изгибом. Но это ещё не всё. Альтернативная теория образования изгибов связана с процессами, относящимися к волнам и турбулентности — тем самым волнам, которые, как обнаружил «Солнечный орбитер», играют ключевую роль в нагреве и ускорении солнечного ветра.
«Что особенно интересно, мы также видим признаки этих процессов, но, вероятно, лишь после того, как изгиб выходит в космос, — говорит соавтор работы Стефани Ярдли из Нортумбрийского университета в Великобритании. — Как только изгиб покидает Солнце, волны и турбулентность берут верх и определяют его движение.
В целом складывается впечатление, что в образовании и движении изгибов участвуют оба процесса — и пересоединение встречных потоков, и волны с турбулентностью. Наша находка примиряет обе версии, показывая, что они действуют на разных этапах жизни изгиба».
От изгибов к бурям
Чтобы сделать это открытие, исследователи изучили измерения частиц изгиба, полученные прибором для анализа солнечного ветра непосредственно на месте, проанализировали изображения диска Солнца и построили модели магнитных полей как самой звезды, так и окружающего пространства. Они создали новую модель для определения того, откуда пришла плазма. Эта модель связала измерения «Солнечного орбитера» с данными солнечной динамической обсерватории Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США, чтобы выявить солнечный источник изгиба с небывалой подробностью.
Выходя за пределы темы изгибов, это открытие показывает, как Солнце нагревает свою атмосферу и ускоряет частицы солнечного ветра в космос. Более того, оно демонстрирует, что атмосфера Солнца оставляет свой отпечаток на частицах, из которых состоит этот ветер. Это даёт возможный способ читать историю солнечной плазмы даже вдали от Солнца.
«Как люди на Земле и в космосе, мы связаны с тем, что происходит на нашей звезде. Солнечный ветер соединяет Землю с Солнцем, и наше понимание его динамики имеет ключевое значение для защиты планеты от экстремальных событий космической погоды, — говорит Даниэль Мюллер, научный руководитель проекта „Солнечный орбитер“ от Европейского космического агентства. — Чем больше мы знаем, тем лучше можем подготовиться к солнечным бурям, чтобы защитить нашу космическую инфраструктуру и технологии».
«Это открытие было бы невозможно без „Солнечного орбитера“ — ни один другой аппарат не обладает одновременно близостью к Солнцу и нужными приборами для установления такой связи. Это прекрасный пример того, как миссия даёт именно ту науку, на которую мы рассчитывали: соединяет Солнце с его окружением и раскрывает новые подробности о нашей звезде».
