Солнечная корона странно горячая, и Parker Solar Probe исключает одно из объяснений

Погрузившись в солнечную корону, зонд НАСА Parker Solar Probe исключил S-образные изгибы в магнитном поле Солнца как причину обжигающих температур в короне, говорится в исследовании Мичиганского университета, опубликованном в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Атмосфера Солнца, похожая на корону, может быть в 200 раз горячее солнечной поверхности, несмотря на то, что находится дальше от основного источника тепла в солнечном ядре. То, что тепло короны, казалось бы, не поддается физике, ставило ученых в тупик на протяжении десятилетий, однако оно позволяет солнечному супу из заряженных частиц, или плазме, двигаться достаточно быстро, чтобы избежать гравитационного притяжения Солнца и охватить нашу Солнечную систему в виде солнечного ветра.

Чтобы разгадать эту загадку, НАСА построило зонд Parker Solar Probe, который должен погрузиться в корону и найти источник ее тепла. Космический аппарат оснащен набором приборов, разработанных Джастином Каспером, профессором климатических и космических наук и инженерии Университета штата Массачусетс, для прямого измерения плотности, температуры и потока плазмы короны.

Когда зонд впервые приблизился к Солнцу, он обнаружил сотни S-образных изгибов в магнитном поле Солнца, названных обратными, поскольку они на короткое время меняют направление магнитного поля, наряду с тысячами более мелких изгибов. Некоторым ученым эти изгибы показались перспективными источниками тепла для короны и солнечного ветра. Их сильный S-образный изгиб аккумулировал большое количество магнитной энергии, которая, вероятно, высвобождалась в окружающую плазму, когда извилины перемещались в пространстве и в конце концов выпрямлялись.

“Эта энергия должна куда-то деваться, и она может способствовать нагреву короны и ускорению солнечного ветра”, – говорит Моджтаба Ахаван-Тафти, помощник научного сотрудника Университета штата Массачусетс по климатическим и космическим наукам и технике и соответствующий автор исследования.

Но чтобы нагреть корону, обратные потоки должны двигаться через нее, поэтому изучение мест образования обратных потоков очень важно для понимания их влияния на температуру короны”. Изучив данные первых 14 кругов вокруг Солнца, сделанных зондом Parker Solar Probe, исследовательская группа обнаружила, что если S-образные изгибы часто встречаются в солнечном ветре вблизи Солнца, то внутри короны они отсутствуют.

Ученые до сих пор не могут прийти к единому мнению о причинах возникновения изгибов. Одни считают, что магнитное поле изгибается из-за турбулентности солнечного ветра за пределами короны. Другие полагают, что изгибы начинают свой путь у поверхности Солнца, когда взбудораженные линии и петли магнитного поля взрывообразно сталкиваются и объединяются в изогнутые формы.

Результаты исследования исключают последнюю гипотезу. Если обратные потоки образовались в результате столкновения магнитных полей на поверхности Солнца, то внутри короны они должны быть еще более распространены. Однако Ахаван-Тафти считает, что магнитные столкновения все же могут играть какую-то косвенную роль в происхождении обратных связей и нагреве короны.

“Наша теория может заполнить пробел между двумя школами мысли о механизмах образования S-образных обратных связей”, – говорит Ахаван-Тафти. “В то время как они должны формироваться за пределами короны, внутри короны может существовать пусковой механизм, который приводит к образованию обратных связей в солнечном ветре”.

Когда магнитные поля сталкиваются на поверхности Солнца, они вибрируют, как струны гитары, и посылают волны вдоль магнитных полей в космос. В то же время энергия от столкновений создает очень быстрые потоки плазмы в солнечном ветре.

Ахаван-Тафти считает, что быстрая плазма искажает магнитные волны, превращая их в обратные волны в солнечном ветре. Если некоторые из этих волн рассеиваются в солнечной атмосфере, прежде чем превратиться в обратные волны, они также могут сыграть свою роль в нагреве короны.

“Механизмы, вызывающие образование обратных волн, и сами обратные волны могут нагревать как корону, так и солнечный ветер”, – сказал он.

Однако в настоящее время недостаточно данных, чтобы предпочесть триггеры на поверхности Солнца турбулентности в солнечном ветре в качестве причины обратных связей.

“В ходе предстоящих полетов Parker Solar Probe к Солнцу, которые состоятся уже 24 декабря 2024 года, будет собрано больше данных еще ближе к Солнцу. Мы будем использовать эти данные для дальнейшей проверки нашей гипотезы”, – сказал Ахаван-Тафти.