Космический аппарат Solar Orbiter разгадывает тайну магнитного переключения

Миссия Solar Orbiter нашла убедительные доказательства того, откуда берутся магнитные кнуты Солнца, а также механизм, который позволяет им формироваться.

Космический аппарат ESA/NASA Solar Orbiter обнаружил убедительные подсказки о происхождении космического корабля ESA/NASA Solar Orbiter обнаружил убедительные данные о том, как они могут способствовать ускорению солнечного ветра с помощью данных о его ближайшем прохождении мимо Солнца.

Солнечное переключение известно как внезапное и сильное отклонение магнитного поля солнечного ветра, и оно впервые наблюдалось с помощью Solar Orbiter (SO). Это подтверждает S-образный характер строения., как и предполагалось, с новым наблюдением, обеспечивающим полное представление. Кроме того, данные Solar Orbiter подтверждают гипотезу о том, что эти быстро меняющиеся магнитные поля, вероятно, возникают вблизи поверхности Солнца.

Хотя несколько космических аппаратов ранее проходили через эти загадочные регионы, измерения на месте ограничены одной точкой и временем. В результате свойства плазмы и магнитного поля в одной точке должны использоваться для определения структуры и формы обратного переключения.

Внезапное изменение магнитного поля Солнца было обнаружено немецко-американским Зонды Гелиос 1 и 2 во время их близкого сближения с Солнцем в середине 1970-х гг. Всякий раз, когда магнитное поле меняло направление, это всегда было резким и временным, длящимся от нескольких секунд до нескольких часов перед изменением направления.

В конце 1990-х космический аппарат «Улисс» исследовал магнитные структуры на гораздо больших расстояниях от Солнца. В отличие от миссий Helios, которые проходили в пределах трети земной орбиты, Ulysses действовал в основном за пределами земной орбиты.

Количество этих объектов резко увеличилось с тех пор, как в 2018 году прибыл солнечный зонд NASA Parker Solar Probe. Таким образом, магнитное поле оказалось более восприимчивым к внезапным переворотам ближе к Солнцу, что позволяет предположить, что они были вызваны перегибами, которые напоминают S-образную структуру. Switchbacks названы в честь их загадочного поведения. Было предложено несколько идей относительно того, как они могут развиваться.

Прибор Metis на Solar Orbiter собирал данные всего за день до того, как он прошел близко к Солнцу 25 марта 2022 года, доведя его до орбиты Меркурия. С использованием Метис, мы можем видеть внешнюю атмосферу Солнца, называемую короной, без яркого свечения его поверхности. Частицы солнечной короны следуют за силовыми линиями магнитного поля Солнца в космос и обладают электрическим зарядом. Плазма состоит из электрически заряженных частиц.

Солнечная корона была искажена в виде буквы S на изображении Метиды, сделанном около 20:39 UT. Аномалия выглядела подозрительно похожей на солнечное переключение Даниэле Теллони из Национального института астрофизики в Турине, Италия.

Он заметил, что возможное обратное переключение происходит над активной областью AR 12972 при сравнении изображения Метис в видимом свете и УФ-изображения, полученного прибором EUI на Solar Orbiter. Магнитная активность и солнечные пятна связаны с активными областями. По данным Метиса было определено, что плазма над этой областью двигалась очень медленно, что ожидается в активных областях, еще не выделивших энергию.

Размышляя над объяснением, Даниэле подумал, что оно имеет сходство с предложенным профессором Гэри Занк из Университета Алабамы в Хантсвилле, США, концепцией обратного переключения. Теория исследовала взаимодействие между различными магнитными областями вблизи поверхности Солнца.

Близко к Солнцу и особенно над активными областями существуют открытые и замкнутые силовые линии магнитного поля. В замкнутых линиях магнетизм закручивается и исчезает обратно на Солнце, когда они поднимаются в солнечную атмосферу. Солнечный ветер имеет тенденцию быть медленным над этими силовыми линиями, потому что очень мало плазмы может уйти в космос. С другой стороны, линии открытого поля исходят от Солнца и соединяются с магнитным полем Солнечной системы. В результате они обеспечивают свободный поток плазмы, которая отвечает за скорость солнечного ветра, по сути выполняя роль космической магистрали.

Даниэль и Гэри доказали, что переключения происходят, когда есть взаимодействие между областью открытых силовых линий и областью замкнутых силовых линий. По мере того, как силовые линии собираются вместе, они могут снова соединяться в более стабильные конфигурации. Подобно взмаху хлыста, это высвобождает энергию и создает S-образное возмущение, уходящее в космос, которое проходящий мимо космический корабль зафиксировал бы как обратное движение.

В своей теории происхождения обратного хода Гэри Занк утверждает: «Когда Даниэле показал мне первое изображение с Метиды, я сразу вспомнил карикатуры, которые мы создали, разрабатывая математическую модель обратного хода». Он объяснил, что было важно умерить наш энтузиазм с первым изображением, пока мы не извлекли временную информацию из покрытия Metis и не провели более подробный спектральный анализ самих изображений, используя превосходное покрытие Metis. «Результаты оказались просто потрясающими!»

Они построили компьютерную модель поведения с помощью других исследователей, и результаты выглядели поразительно похожими на изображение Метиды, особенно с учетом того, как структура будет удлиняться при распространении через солнечную корону.

Даниэле говорит, что первое изображение обратного магнитного поворота в солнечной короне пролило свет на их происхождение.

По мере того, как физики-солнечники лучше понимают обратное движение, они также смогут понять, как солнечный ветер ускоряется и нагревается вдали от Солнца. Переключения солнечного ветра часто приводят к тому, что космические аппараты регистрируют ускорение солнечного ветра при прохождении через них.

13 октября Solar Orbiter снова пройдет близко к Солнцу, на расстоянии 0,29 расстояния от Земли до Солнца, в пределах орбиты Меркурия. 4 сентября Solar Orbiter совершил гравитационный облет Венеры, что позволило космическому кораблю скорректировать свою орбиту вокруг Солнца. Это первый из серии облетов Венеры, которые позволят Solar Orbiter получить доступ к более высоким широтам — более полярным — областям Солнца.