Орбитальный аппарат обнаружил недостающие высокоскоростные колебания Солнца

Фото из открытых источников

Магнитные поля Солнца представляют собой запутанную, извилистую, постоянно меняющуюся систему. В частности, в полярных областях нашей звезды находятся так называемые полярные корональные дыры, в которых пролегают невидимые магнитные магистрали, уходящие в межпланетное пространство. Но многое нам неизвестно о том, как эти магистрали работают на самом деле, и в частности, как они придают частицам, образующим быстрый солнечный ветер, дополнительный «толчок», который заставляет их двигаться со скоростью в сотни километров в секунду. 

В новой статье, недавно опубликованной в журнале National Science Review группой исследователей под руководством Юхана Гао и профессора Хуэй Тяня из Пекинского университета, высказывается предположение, что они, возможно, нашли ответ, используя высокоскоростные снимки с космического аппарата Solar Orbiter для обнаружения ранее не наблюдавшихся быстрых высокочастотных магнитных волн в этих областях.

Ключевым фактором этого открытия стала скорость работы камеры. Более старые приборы, такие как обсерватория Solar Dynamics Observatory (SDO) НАСА, делали снимки каждые 12 секунд и имели пространственное разрешение около 1100 км на пиксель. Модернизированное оборудование обеспечивало гораздо более высокую скорость и разрешение изображений. Ультрафиолетовый имиджер (EUI) космического аппарата Solar Orbiter делает снимок каждые пять секунд с детализацией до 420 км на пиксель — это более чем вдвое превышает точность и скорость более ранних приборов.

Используя данные с обоих приборов за период в сентябре 2021 года, авторы подвергли оба прибора автоматизированной программе отслеживания магнитных волн под названием Northumbria University Wave Tracking (NUWT). Внимательно изучив солнечные шлейфы — лучистые магнитные структуры, выступающие из северного полюса Солнца, — авторы отметили существенную разницу в количестве волн между двумя обсерваториями. С помощью SDO алгоритм зафиксировал 560 волновых событий, тогда как с помощью EUI — 2318, что более чем в 4 раза больше.

Разница, по-видимому, сводилась к частоте. 38% волн, зарегистрированных EUI, имели длину волны короче 100 секунд, тогда как только 9% волн, обнаруженных SDO, имели ту же длину волны. Другим определяющим фактором была скорость — то есть, насколько быстро двигалась плазменная нить. Средняя скорость SDO составляла около 9,9 км/с, тогда как средняя скорость EUI — 15,4 км/с. А поскольку энергия пропорциональна скорости, эти более быстро движущиеся волны несут гораздо большую мощность. Согласно расчетам, приведенным в статье, эти более быстро движущиеся волны несут в 2,6 раза большую мощность, чем предполагалось ранее.

Существует множество теорий о происхождении подобных магнитных рябей. Исследователи предлагают три потенциальных источника: во-первых, когда магнитные петли сталкиваются с несвязанными линиями магнитного поля, вызывая их разрыв и перестройку, одновременно выбрасывая высокочастотные ряби в космос. Второе объяснение заключается в том, что они образуются как часть гигантской струи плазмы, называемой спикулой, которая может напрямую закачивать эти быстрые поперечные волны в расположенные над ней шлейфы. Третье объяснение состоит в том, что более крупные, медленно движущиеся волны могут отражаться друг от друга, создавая «турбулентные каскады» из более мелких волн более высокой частоты.

Хотя механизм их образования до сих пор несколько неясен, эти волны могут помочь ответить на две взаимосвязанные загадки солнечной физики: почему внешний слой Солнца такой горячий и как частицы быстрого солнечного ветра ускоряются до таких невероятных скоростей. Согласно статье, быстрые волны, распространяющиеся в верхние слои атмосферы Солнца, подвержены таким эффектам, как резонансное поглощение и фазовое смешение, передавая большую часть своей энергии в окружающую среду.

Часть этой энергии, вероятно, напрямую преобразуется в тепло, которое приводит к абсурдно высоким температурам во внешних слоях Солнца, достигающим более 1 000 000℃. Однако ещё большая часть этой энергии потенциально может передаваться непосредственно в кинетические процессы, которые разгоняют ионы до скоростей, необходимых для образования быстрого солнечного ветра.

Следует уточнить, что эти механизмы еще недостаточно хорошо изучены, и общая энергия, рассчитанная на основе этого единственного набора данных, все еще примерно на порядок ниже той, которая, согласно другим моделям, необходима для полного запуска солнечного ветра. Однако это доказывает, что за ограничениями наших технологий скрывается огромное количество энергии, находящейся на виду.

Эта технология все еще нуждается в усовершенствовании, и запуск таких миссий, как запланированная Солнечная полярно-орбитальная обсерватория (SPO), ожидается в начале 2029 года. Благодаря уникальному углу обзора она предоставит беспрецедентные данные о магнитном хаосе, происходящем на полюсах Солнца. А ее приборы могут оказаться достаточно быстрыми, чтобы улавливать еще больше высокоэнергетических волн и помочь разгадать эти тайны раз и навсегда.