Max Home IndustryУченые, работающие с зондом Parker Solar Probe НАСА, обнаружили новые важные сведения о происхождении солнечного ветра — непрерывного потока заряженных частиц, выбрасываемых из Солнца и заполняющих Солнечную систему.
Наблюдения, полученные с помощью многочисленных космических и наземных обсерваторий, показывают, что солнечный ветер в значительной степени подпитывается мелкими струями, или «джетлетами», в основании короны — верхней атмосферы Солнца. Это открытие помогает ученым лучше понять 60-летнюю загадку о том, что нагревает и ускоряет солнечный ветер.
«Новые данные показывают, как солнечный ветер разгоняется в своем источнике», — сказал Нур Рауафи, руководитель исследования и научный сотрудник проекта Parker Solar Probe из Лаборатории прикладной физики имени Джона Хопкинса (APL) в Лореле (штат Мэриленд). Вы можете видеть, как поток солнечного ветра поднимается из крошечных струй миллионноградусной плазмы по всему основанию короны». Эти результаты окажут огромное влияние на наше понимание процессов нагрева и ускорения короны и плазмы солнечного ветра».
Понимание солнечного ветра имеет фундаментальное значение для понимания нашей Солнечной системы и других систем во Вселенной и является основной научной целью миссии Parker Solar Probe. Солнечный ветер, состоящий из электронов, протонов и более тяжелых ионов, проносится через Солнечную систему со скоростью около 1 млн. миль в час. Когда солнечный ветер взаимодействует с магнитным полем Земли, он может создавать потрясающие авроры, а также нарушать работу систем GPS и связи. Со временем солнечный ветер и звездные ветры в других солнечных системах могут также влиять на состав и эволюцию планетарных атмосфер и даже оказывать влияние на пригодность планет для обитания.
Сила в количестве
На Земле солнечный ветер обычно является постоянным дуновением. Поэтому ученые искали на Солнце стабильный источник, который мог бы постоянно питать солнечный ветер. Однако новые результаты, опубликованные в журнале Astrophysical Journal, показывают, что солнечный ветер может в значительной степени подпитываться энергией и топливом за счет отдельных джетлетов, периодически вырывающихся в нижнюю часть короны. Хотя каждый джетлет относительно мал — всего несколько сотен километров в длину, — их коллективной энергии и массы может быть достаточно для создания солнечного ветра.
«Этот результат предполагает, что практически весь солнечный ветер, скорее всего, выбрасывается периодически, превращаясь в устойчивый поток примерно так же, как отдельные звуки хлопка в аудитории превращаются в устойчивый рев, когда зрители аплодируют», — сказал Крейг ДеФорест, физик солнечной энергии из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо, и соавтор новой работы. «Это меняет парадигму наших представлений о некоторых аспектах солнечного ветра».
Известно, что джетлеты, которые впервые были замечены более десяти лет назад, возникают в результате процесса, известного как магнитное пересоединение, когда линии магнитного поля запутываются и взрывообразно перестраиваются. Пересоединение является обычным процессом в заряженных газах, называемых плазмой, и наблюдается во всей Вселенной — от Солнца до околоземного пространства и черных дыр. В солнечной короне в результате пересоединения образуются короткоживущие струи плазмы, которые передают энергию и материал в верхнюю часть короны и распространяются по Солнечной системе в виде солнечного ветра.
Для изучения струй и магнитных полей ученые использовали, прежде всего, данные наблюдений обсерватории Solar Dynamics Observatory (SDO) и прибора Solar Ultraviolet Imager (GOES-R/SUVI) Geostationary Operational Environmental Satellite-R Series, а также данные о магнитном поле высокого разрешения, полученные с помощью солнечного телескопа Goode Solar Telescope в обсерватории Big Bear Solar Observatory в Калифорнии. Поводом для исследования послужило явление, впервые наблюдаемое зондом Parker Solar Probe, которое называется switchbacks — магнитные зигзагообразные структуры в солнечном ветре. Сочетание наблюдений с разных точек обзора, а также высокое разрешение этих наблюдений и близкие наблюдения Parker Solar Probe помогли ученым понять коллективное поведение джетлетов.
«Ранее мы не могли обнаружить достаточно таких событий, чтобы объяснить наблюдаемое количество массы и энергии, вытекающих из Солнца», — говорит Джуди Карпен, соавтор статьи и гелиофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Но благодаря улучшенному разрешению наблюдений и тщательной обработке данных удалось получить новые результаты».
Наблюдения показали, что джетлеты присутствуют в нижней части солнечной атмосферы на всем Солнце. Это делает их вполне вероятной движущей силой постоянного солнечного ветра, в отличие от других явлений, которые меняются в зависимости от 11-летнего цикла солнечной активности, таких как солнечные вспышки и выбросы корональной массы. Кроме того, ученые рассчитали, что энергия и масса, создаваемая джетлетами, может обеспечить большую часть, если не всю, энергии и массы, наблюдаемых в солнечном ветре.
Прорыв Parker Solar Probe, готовившийся десятилетиями
Впервые идея о существовании солнечного ветра была выдвинута в конце 1950-х годов ученым Юджином Паркером, однофамильцем зонда Parker Solar Probe. В 1988 году Паркер предположил, что корона может нагреваться «нанофакелами» — крошечными взрывами в солнечной атмосфере. В итоге теория Паркера стала ведущим кандидатом на объяснение нагрева и ускорения солнечного ветра.
«Наблюдаемые нами крошечные события пересоединения — это в некотором смысле то, что Юджин Паркер предложил более трех десятилетий назад», — сказал Рауафи. «Я убежден, что мы находимся на правильном пути к пониманию солнечного ветра и коронального нагрева».
Продолжение наблюдений с помощью Parker Solar Probe и других приборов, таких как поляриметр НАСА для унификации короны и гелиосферы (PUNCH) и солнечный телескоп Daniel K. Inouye, поможет ученым подтвердить, являются ли джетлеты основным источником солнечного ветра.
«Полученные результаты значительно упрощают объяснение того, как ускоряется и нагревается солнечный ветер», — сказал ДеФорест. «Мы еще не решили эту загадку, но это большой шаг вперед в понимании одной из главных загадок физики Солнца».
Зонд Parker Solar Probe был разработан в рамках программы NASA «Жизнь со звездой», направленной на изучение тех аспектов системы Солнце-Земля, которые непосредственно влияют на жизнь и общество. Программа «Жизнь со звездой» осуществляется Центром космических полетов имени Годдарда в Гринбелте (штат Мэриленд) для Управления научных миссий НАСА в Вашингтоне. Разработкой, созданием, управлением и эксплуатацией космического аппарата занималась Лаборатория прикладной физики имени Джона Хопкинса.
