Магнитное поле Солнца сложилось в букву S: зонд Solar Orbiter помог выяснить почему
Европейская автоматическая станция Solar Orbiter пролетела через S-образный изгиб магнитного поля в солнечном ветре и помог ученым выяснить, где он возник. Состав частиц внутри изгиба указал на горячие магнитные петли в атмосфере Солнца. Результаты поддерживают версию, по которой такие структуры рождаются, когда поле перестраивается и выпускает в космос плазму, прежде запертую в петлях. Исследование вышло в журнале Nature Astronomy.
Солнечный ветер — это поток плазмы, то есть газа из электрически заряженных частиц, который непрерывно уходит от Солнца. Он уносит с собой магнитное поле звезды. По пути силовые линии поля могут изгибаться и складываться так, что на отдельных участках поле резко меняет направление, а затем возвращается к прежнему. Такие изгибы ученые называют свитчбэками.
В 2022 году Solar Orbiter уже помог подтвердить, что эти структуры имеют S-образную форму: аппарат наблюдал один из изгибов со стороны. Новое исследование основано на другом подходе. Зонд прошел через крупный свитчбэк, и ученые смогли изучить частицы внутри него. В тот момент аппарат находился примерно на полпути между Солнцем и Землей.
Прибор Solar Wind Analyser измерил состав плазмы. Команда под руководством Джесси Коберна из французской лаборатории LPP обнаружила сочетание заряженных частиц кислорода и углерода, которое, по выводам исследователей, могло возникнуть только в горячих магнитных петлях у поверхности Солнца. Эти частицы сохранили след условий, в которых находились до того, как попали в солнечный ветер.
Чтобы проследить их путь, ученые сопоставили измерения зонда со снимками Солнца и данными обсерватории NASA Solar Dynamics Observatory. Затем они построили модель магнитного поля Солнца и окружающего пространства. Модель связала плазму, которую встретил Solar Orbiter, с областью ее происхождения на Солнце.
Данные указывают на механизм, который физики называют обменным магнитным пересоединением. В атмосфере Солнца одни силовые линии уходят далеко в космос, а другие образуют петли: оба их конца связаны с Солнцем. Плазма может оставаться внутри таких петель. Когда открытые линии сближаются с замкнутыми, поле перестраивается. У частиц появляется путь наружу, и они уходят в солнечный ветер. Этот процесс создает изгиб поля.
Другая гипотеза связывает свитчбэки с волнами и турбулентностью — нерегулярными колебаниями и движениями плазмы. Исследователи нашли признаки этих процессов и в новых данных, но, вероятно, они действовали уже после того, как изгиб покинул Солнце. По словам соавтора работы Стефани Ярдли из Нортумбрийского университета, две гипотезы могут описывать разные этапы жизни одной структуры: пересоединение создает изгиб, а волны и турбулентность влияют на то, как он движется дальше.
Исследование показывает, что по составу частиц солнечного ветра можно восстановить часть их истории даже вдали от звезды. Такие данные помогают разобраться, как Солнце нагревает свою атмосферу и разгоняет плазму. Более точное понимание этих процессов также нужно для моделей космической погоды, от которой зависит работа спутников и другой космической техники.
Фото ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI & Metis Teams and D. Telloni et al. (2022)
Самое популярное
