Когда солнечный зонд Паркер вращается вокруг Солнца, он обнаруживает резкие изменения направления магнитных полей Солнца. Эти S-образные изгибы магнитного поля Солнца очень распространены в солнечном ветре вблизи Солнца, но отсутствуют в короне. Фото предоставлено: Адриана Манрике Гутьеррес, Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
Погружаясь в солнечную корону, солнечный зонд НАСА «Паркер» смог исключить S-образные искривления магнитного поля Солнца как причину палящих температур в короне. Об этом говорится в исследовании Мичиганского университета, опубликованном в журнале Astrophysical Journal Letters.
Атмосфера солнечной короны может быть в 200 раз горячее, чем поверхность Солнца, даже несмотря на то, что она находится дальше от фактического источника тепла в ядре Солнца. То, как тепло короны, казалось бы, бросает вызов законам физики, озадачивало ученых на протяжении десятилетий. Тем не менее, он позволяет горячему солнечному супу из заряженных частиц, плазме, двигаться достаточно быстро, чтобы избежать гравитационного притяжения Солнца и поглотить нашу Солнечную систему в виде солнечного ветра.
Чтобы разгадать эту тайну, НАСА построило солнечный зонд «Паркер», который сможет погрузиться в корону и найти ее источник тепла. Космический корабль оснащен набором инструментов, разработанных Джастином Каспером, профессором климата, космической науки и техники UM, для прямого измерения плотности, температуры и потока коронной плазмы.
Когда зонд впервые приблизился к Солнцу, он обнаружил сотни S-образных изгибов магнитного поля Солнца, называемых серпантинами, потому что они на короткое время меняют направление магнитного поля, а также тысячи более мелких изгибов. Некоторым ученым серпантины показались многообещающими источниками тепла для короны и солнечного ветра. Их сильный S-образный изгиб хранил много магнитной энергии, которая, вероятно, высвобождалась в окружающую плазму, когда змеевики путешествовали в пространстве и в конечном итоге выпрямлялись.
«Эта энергия должна куда-то идти и может помочь нагреть корону и ускорить солнечный ветер», — сказал Моджтаба Ахаван-Тафти, старший научный сотрудник в области климатических, космических наук и инженерии в UM и автор исследования.
Однако, чтобы нагреть корону, через нее должны двигаться серпантины. Поэтому важно знать, где образуются серпантины, чтобы понять их влияние на температуру короны. Тщательно изучив данные первых 14 оборотов Солнечного зонда Паркер вокруг Солнца, исследовательская группа обнаружила, что, хотя S-образные изгибы являются обычным явлением в солнечном ветре вблизи Солнца, они отсутствуют в короне.
Ученые до сих пор не пришли к единому мнению относительно того, что вызывает серпантины. Некоторые полагают, что магнитное поле искривляется турбулентностью солнечного ветра за пределами короны. Другие полагают, что змеи начинают свое путешествие по поверхности Солнца, когда закрученные линии и петли магнитного поля взрывным образом сталкиваются и объединяются в изогнутые формы.
НАСА отправило солнечный зонд «Паркер» к Солнцу, чтобы выяснить, почему его атмосфера горячее, чем поверхность. Фото предоставлено: Лаборатория прикладной физики и Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.
Результаты исследования исключают последнюю гипотезу. Если бы серпантины были созданы в результате столкновения магнитных полей на поверхности Солнца, они должны были бы быть еще более распространены внутри короны. Однако Ахаван-Тафти считает, что магнитные столкновения все же могли сыграть косвенную роль в образовании серпантинов – и нагреве короны.
«Наша теория могла бы преодолеть разрыв между двумя школами мысли о механизмах формирования S-образных змеевиков», — сказал Ахаван-Тафти. «Хотя они должны формироваться за пределами короны, внутри короны может существовать пусковой механизм, который заставляет серпантины образовываться в солнечном ветре».
Когда магнитные поля сталкиваются на поверхности Солнца, они вибрируют, как перещипанные гитарные струны, посылая волны вдоль магнитных полей в космос. В то же время энергия столкновений создает очень быстрые потоки плазмы в солнечном ветре.
Ахаван-Тафти считает, что быстрая плазма искажает магнитные волны, превращая их в змеевики в солнечном ветре. Если некоторые из этих волн рассеются в атмосфере Солнца, прежде чем превратиться в змеевидные формы, они также могут способствовать нагреву короны.
«Механизмы, которые приводят к образованию серпентинов и сами серпантины, могут нагревать как корону, так и солнечный ветер», — сказал он.
Тем не менее, в настоящее время недостаточно данных, чтобы отдать предпочтение триггерам солнечной поверхности над турбулентностью солнечного ветра как причиной обратного переключения.
«Предстоящие полеты Parker Solar Probe к Солнцу, которые начнутся уже 24 декабря 2024 года, позволят собрать больше данных еще ближе к Солнцу. Мы будем использовать данные для дальнейшей проверки нашей гипотезы», — сказал Ахаван-Тафти.
Информация от: Мичиганским университетом
