|
Раскрыта тайна медленного солнечного ветра
|
|
|
|
Ученые еще на шаг приблизились к разгадке таинственного происхождения "медленного" солнечного ветра, используя данные, собранные во время первого близкого полета космического аппарата Solar Orbiter к Солнцу. Солнечный ветер, который может распространяться со скоростью сотни километров в секунду, интересовал ученых в течение многих лет, и новое исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, наконец-то проливает свет на то, как он образуется. Солнечный ветер описывает непрерывный выброс заряженных частиц плазмы от Солнца в космос, при этом скорость ветра превышает 500 км в секунду, что называется "быстрым", а скорость ветра менее 500 км в секунду, что называется "медленным". Когда этот ветер проникает в атмосферу Земли, он может вызвать потрясающее полярное сияние, известное как Северное сияние. Но когда происходит выброс большего количества плазмы в виде коронального выброса массы, это также может быть опасным, вызывая значительный ущерб спутникам и системам связи.
|
|
|
|
Несмотря на десятилетия наблюдений, источники и механизмы, которые высвобождают, ускоряют и переносят плазму солнечного ветра от Солнца в нашу Солнечную систему, до конца не изучены, особенно медленный солнечный ветер. В 2020 году Европейское космическое агентство (ЕКА) при поддержке НАСА запустило миссию Solar Orbiter. Помимо получения самых точных и детальных изображений Солнца, которые когда-либо были сделаны, одной из главных целей миссии является измерение и привязка солнечного ветра к его источнику на поверхности Солнца. Описанный как "самая сложная научная лаборатория, когда—либо отправлявшаяся на Солнце", Solar Orbiter оснащен десятью различными научными приборами - некоторые из них находятся на месте для сбора и анализа образцов солнечного ветра, когда он проходит мимо космического аппарата, а другие приборы дистанционного зондирования предназначены для получения высококачественных изображений активности на Солнце. поверхность солнца.
|
|
|
Объединив фотографические и инструментальные данные, ученые впервые смогли более четко определить, где зарождается медленный солнечный ветер. Это помогло им установить, как он может покинуть солнце и начать свое путешествие в гелиосферу — гигантский пузырь вокруг Солнца и его планет, который защищает нашу солнечную систему от межзвездной радиации. Доктор Стеф Ярдли (Steph Yardley) из Университета Нортумбрии, Ньюкасл-апон-Тайн, возглавлявшая исследование, объясняет: "Изменчивость потоков солнечного ветра, измеренная на месте с помощью космического аппарата, находящегося близко к Солнцу, дает нам много информации об их источниках, и хотя предыдущие исследования позволили проследить происхождение солнечного ветра, это было невозможно. это происходит гораздо ближе к Земле, и к этому времени эта изменчивость теряется.
|
|
|
|
"Поскольку Solar Orbiter проходит так близко к Солнцу, мы можем запечатлеть сложную природу солнечного ветра, чтобы получить гораздо более четкое представление о его происхождении и о том, как эта сложность обусловлена изменениями в различных регионах-источниках". Считается, что разница между скоростью быстрого и медленного солнечного ветра обусловлена различными областями солнечной короны, самого внешнего слоя атмосферы, из которых они исходят. Открытая корона относится к областям, где силовые линии магнитного поля привязаны к солнцу только с одной стороны и уходят в космос с другой, создавая магистраль для выхода солнечного материала в открытый космос. Эти области более прохладные и, как полагают, являются источником быстрого солнечного ветра. Между тем, закрытая корона относится к областям Солнца, где линии магнитного поля замкнуты, что означает, что они соединены с поверхностью Солнца с обоих концов. Их можно увидеть в виде больших ярких петель, которые формируются над магнитно-активными областями.
|
|
|
|
Время от времени эти замкнутые магнитные контуры разрываются, предоставляя солнечному веществу кратковременную возможность вырваться наружу, подобно тому, как это происходит через разомкнутые силовые линии магнитного поля, прежде чем снова соединиться и образовать замкнутый контур. Обычно это происходит в областях, где встречаются открытая и закрытая корона. Одной из целей Solar Orbiter является проверка теории о том, что медленный солнечный ветер возникает из закрытой короны и способен выходить в космос благодаря процессу разрыва и повторного соединения линий магнитного поля. Одним из способов, с помощью которого научная группа смогла проверить эту теорию, было измерение "состава" потоков солнечного ветра. Сочетание тяжелых ионов, содержащихся в солнечном веществе, различается в зависимости от того, откуда оно возникло: более горячая закрытая корона или более холодная открытая корона. Используя приборы на борту Solar Orbiter, команда смогла проанализировать активность, происходящую на поверхности Солнца, а затем сопоставить ее с потоками солнечного ветра, собранными космическим аппаратом.
|
|
|
|
Используя изображения поверхности Солнца, полученные Solar Orbiter, они смогли точно определить, что потоки медленного ветра исходили из области, где встречались открытая и закрытая корона, доказывая теорию о том, что медленный ветер способен выходить из замкнутых линий магнитного поля в процессе разрыва и повторного соединения. Как объясняет доктор Ярдли из исследовательской группы по солнечной и космической физике Университета Нортумбрии, "Изменяющийся состав солнечного ветра, измеренный с помощью Solar Orbiter, соответствовал изменению состава источников в короне. "Изменения в составе тяжелых ионов вместе с электронами являются убедительным доказательством того, что изменчивость обусловлена не только различными областями источника, но и процессами пересоединения, происходящими между замкнутыми и разомкнутыми контурами в короне". Миссия ESA Solar Orbiter - это международное сотрудничество, в котором ученые и учреждения со всего мира работают сообща, предоставляя свои навыки и оборудование.
|
|
|
|
Даниэль Мюллер, научный сотрудник проекта ЕКА Solar Orbiter, сказал: "С самого начала главной целью миссии Solar Orbiter было связать динамические события на Солнце с их воздействием на окружающий плазменный пузырь гелиосферы. "Для достижения этой цели нам необходимо объединить дистанционные наблюдения за Солнцем с натурными измерениями солнечного ветра, проходящего мимо космического аппарата. Я безмерно горжусь всей командой за успешное выполнение этих сложных измерений. "Этот результат подтверждает, что Solar Orbiter способен устанавливать надежные связи между солнечным ветром и его источниками на поверхности Солнца. Это было ключевой целью миссии и открывает нам путь к беспрецедентному детальному изучению происхождения солнечного ветра". Среди приборов, установленных на борту Solar Orbiter, есть датчик тяжелых ионов (HIS), частично разработанный исследователями и инженерами из исследовательской лаборатории космической физики Мичиганского университета при департаменте климатических и космических наук и инженерии.
|
|
|
|
Датчик был разработан для измерения содержания тяжелых ионов в солнечном ветре, что может быть использовано для определения источника солнечного ветра. "Каждая область Солнца может иметь уникальную комбинацию тяжелых ионов, которая определяет химический состав потока солнечного ветра. "Поскольку химический состав солнечного ветра остается постоянным по мере его распространения по Солнечной системе, мы можем использовать эти ионы в качестве отпечатка пальца, чтобы определить происхождение определенного потока солнечного ветра в нижней части атмосферы Солнца", - сказала Сьюзан Лепри, профессор климатологии. профессор космических наук и инженерии Мичиганского университета и заместитель главного исследователя датчика тяжелых ионов. Электроны в солнечном ветре измеряются с помощью системы электронного анализатора (EAS), разработанной лабораторией космических наук Малларда Калифорнийского университета, почетным членом которой является доктор Ярдли.
|
|
|
|
Профессор Кристофер Оуэн из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сказал: "Команды разработчиков приборов потратили более десяти лет на проектирование, сборку и подготовку своих датчиков к запуску, а также на планирование того, как наилучшим образом скоординировать их работу. Поэтому очень приятно видеть, что сейчас собираются данные, позволяющие выявить, какие области Солнца являются движущей силой медленного солнечного ветра и его изменчивости". Протон-альфа-датчик (PAS), который измеряет скорость ветра, был разработан Институтом астрофизики и планетологии при Университете Поля Сабатье в Тулузе, Франция. Вместе эти приборы составляют набор датчиков Solar Wind Analyser на борту Solar Orbiter, главным исследователем которого является профессор Оуэн из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Говоря о планах будущих исследований, доктор Ярдли сказал: "До сих пор мы анализировали таким образом данные Solar Orbiter только для этого конкретного интервала. Будет очень интересно рассмотреть другие случаи использования Solar Orbiter, а также провести сравнение с наборами данных, полученными в ходе других миссий, таких как солнечный зонд Parker НАСА".
|
|
|
|
Источник
|
