Ученые провели почти ежедневные измерения коронального магнитного поля Солнца

Солнце любит напоминать нам, что Земля — всего лишь часть единой системы. У него есть ультрафиолетовые лучи, которые могут обжечь нашу кожу и глаза и даже привести к вымиранию. Его свет может полностью исчезнуть во время солнечного затмения, и оно швыряет в нас извилистые и запутанные солнечные вспышки и выбросы корональной массы, полные плазмы. Несмотря на нашу космическую связь с солнцем, все еще есть множество научных загадок, которые нужно разгадать об этой критической звезде, особенно о магнитном поле.

«Солнце не просто находится в какой-то пустоте пространства, с которой мы не связаны», — говорит Сара Гибсон, гелиофизик из Национального центра атмосферных исследований (NCAR) Национального научного фонда в Колорадо, Popular Science. «Полярное сияние на самом деле показывает нам эту прямую связь. Мы связаны с тем, что происходит на солнце, через свет и, в конечном счете, через магнитные поля».

Теперь, впервые, ученые провели почти ежедневные измерения коронального магнитного поля Солнца. Это критическое пятно наблюдалось только нерегулярными приращениями, и это новое наблюдение предлагает более динамичный вид этого солнечного региона. С его помощью мы могли бы узнать больше о том, что движет интенсивными солнечными бурями, которые могут повлиять на фундаментальные технологии здесь, на Земле. Результаты подробно описаны в исследовании, опубликованном в журнале Science. 

Солнечное магнитное поле является основным фактором солнечных бурь и вспышек. Поскольку общество становится все более зависимым от технологий, эта космическая погода представляет угрозу для электросетей, систем связи и космических технологий, таких как GPS и спутники. 

«Нам нужно понять космическую погоду. Нам нужно предсказать космическую погоду. Большой пробел в наших знаниях заключается в том, что у нас нет измерений магнитного поля в атмосфере Солнца, его короне», — говорит Гибсон, который является соавтором этого нового исследования. «Это та часть, которую вы видите во время солнечного затмения. Магнитное поле управляет формой этой атмосферы, и оно управляет тем, где находится плазма, где находится «вещество».

Измерение магнетизма этого региона обычно требует большого и дорогого оборудования, которое могло изучать только небольшие части короны. Однако сочетание корональной сейсмологии и новых методов наблюдения теперь позволяет исследователям создавать последовательные и всеобъемлющие представления о магнитном поле глобальной короны.

«Глобальное картирование коронального магнитного поля было большой недостающей частью в изучении Солнца», — сказал Цзыхао Ян, соавтор исследования из Пекинского университета в Китае и научный сотрудник NCAR. «Это исследование помогает нам заполнить важный пробел в нашем понимании корональных магнитных полей, которые являются источником энергии для штормов, которые могут повлиять на Землю».  

Ученые смогли регулярно измерять магнитное поле на поверхности Солнца, называемое фотосферой. Измерение гораздо более тусклого коронального магнитного поля было более сложным, что ограничивало более глубокое понимание трехмерной структуры и эволюции магнитного поля короны.

Большие телескопы, такие как солнечный телескоп Дэниела К. Иноуэ (DKIST) Национального научного фонда, могут измерять трехмерные корональные магнитные поля в глубину. С огромной апертурой диаметром 13 футов DKIST является крупнейшим в мире солнечным телескопом. Недавно он продемонстрировал свою способность проводить подробные наблюдения коронального магнитного поля. Однако DKIST не может картировать все солнце одновременно. 

Чтобы попытаться получить более целостное картирование, команда обратилась к усовершенствованному корональному многоканальному поляриметру (UCoMP). UCoMP лучше подходит для предоставления ученым более глобальной картины коронального магнитного поля, но в более низком разрешении и в двумерной проекции. 

Подобно затмению, UCoMP может закрывать части солнца. Он использует диск, называемый коронографом, чтобы позволить ученым измерить атмосферу солнца. UCoMP имеет гораздо меньшую апертуру по сравнению с DKIST, но он может делать более широкий обзор, что позволяет ученым изучать все солнце в большинство дней. 

Команда применила метод, называемый корональной сейсмологией, для отслеживания магнитогидродинамических (МГД) поперечных волн в данных UCoMP. Из МГД-волн они смогли создать двумерную карту силы и направления коронального магнитного поля.

В ходе исследования UCoMP команда создала 114 карт магнитного поля в период с февраля по октябрь 2022 года, примерно по одной карте практически через день. 

«Мы вступаем в новую эру исследований физики Солнца, где мы можем регулярно измерять корональное магнитное поле», — сказал Ян. 

Совместное использование измерений DKIST и UCoMP позволяет получить более целостное представление о корональном магнитном поле.

Этот метод исследования также позволил провести первые измерения коронального магнитного поля в полярных областях Солнца. Эти полюса никогда не наблюдались напрямую, поскольку изгиб Солнца вблизи полюсов удерживает его вне поля зрения с Земли. 

Хотя команда не наблюдала напрямую за полюсами Солнца, они впервые провели измерения магнетизма, испускаемого ими. Улучшенное качество данных, предоставленное UCoMP, и приближение Солнца к своему солнечному максимуму помогли им получить эти первые в своем роде измерения. Обычно слабые выбросы из полярного региона стали намного сильнее, что упрощает получение результатов коронального магнитного поля в полярных регионах. 

Команда продолжит исследование магнитных полей, а именно захват третьего измерения магнитного поля. Получение 3D-изображения особенно важно для понимания того, как корона заряжается энергией, приводя к солнечному извержению. 

«Это первый раз, когда мы увидели глобальное корональное магнитное поле, но это все еще похоже на двухмерную версию трехмерного объекта», — говорит Гибсон.

В конечном итоге, сочетание большого телескопа и глобального поля зрения необходимо для измерения всех трехмерных завихрений, стоящих за солнечными извержениями. Предлагаемая обсерватория коронального солнечного магнетизма (COSMO), солнечный рефракторный телескоп диаметром почти пять футов, который в настоящее время проходит свое окончательное проектное исследование.