Solar Orbiter нашел родину загадочных магнитных зигзагов Солнца

Космический аппарат Solar Orbiter впервые сумел проследить путь загадочного магнитного зигзага в солнечном ветре до его источника на поверхности Солнца. Ученые обнаружили, что так называемый «свитчбэк» образуется в результате процесса, называемого взаимным пересоединением, когда магнитные линии солнечной атмосферы разрываются и соединяются заново, выпуская на свободу захваченную плазму. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Солнечный ветер это непрерывный поток раскаленных заряженных частиц, который мчится от Солнца через всю Солнечную систему. Его магнитные линии ведут себя отнюдь не как натянутые струны: по пути они скручиваются, изламываются и складываются сами с собой, образуя причудливые S-образные изгибы. Именно такой изгиб и называют свитчбэком. Долгое время ученые спорили, откуда берутся эти странные петли, ведь увидеть место их рождения напрямую практически невозможно. Solar Orbiter подошел к разгадке с другой стороны, он буквально пролетел сквозь один из таких изгибов и взял пробу вещества внутри него.

В тот момент аппарат находился примерно на полпути между Землей и Солнцем. С помощью прибора для анализа солнечного ветра он собрал частицы заряженного кислорода и углерода, которые находились внутри свитчбэка. Соотношение этих частиц оказалось уникальным: оно могло сложиться только в одном месте — в горячих магнитных петлях у самой поверхности Солнца. Это стало решающей уликой. Ученые сопоставили данные аппарата с изображениями солнечного диска и построили модель магнитных полей, которая связала измерения Solar Orbiter с наблюдениями другой обсерватории. Так удалось с большой точностью определить, откуда именно родом этот изгиб.

Картина получилась такой. В атмосфере Солнца есть области двух типов. В открытых областях магнитные линии уходят в космос как скоростные шоссе, и вещество свободно уносится по ним прочь. В закрытых областях линии сначала поднимаются вверх, а потом возвращаются обратно к Солнцу, образуя замкнутые петли-ловушки. Когда открытая область сталкивается с закрытой, линии сближаются, рвутся и по-новому соединяются между собой.

В результате плазма, которая была заперта в петле, вырывается на свободу и отправляется в космос. Этот процесс и есть взаимное пересоединение. Именно он, по мнению исследователей, и породил изучаемый свитчбэк.

Но на этом история не заканчивается. Существовала и вторая теория, объяснявшая появление свитчбэков волнами и турбулентностью — беспорядочным движением, которое, как уже известно, разогревает и ускоряет солнечный ветер. Исследователи увидели признаки и этого механизма, но, судя по всему, он включается позже. Когда свитчбэк уже покинул Солнце и отправился в путь, волны и турбулентность берут верх и начинают управлять его движением. Таким образом, обе теории оказались верны, просто они описывают разные этапы жизни одного явления. Одна отвечает за рождение, другая за поведение в открытом космосе.

Практическая ценность открытия выходит далеко за пределы самих свитчбэков. Оно показывает, как Солнце разогревает свою атмосферу и разгоняет частицы ветра, а еще, что солнечная атмосфера оставляет своего рода отпечаток на частицах, которые потом летят через всю Солнечную систему. Это дает ученым возможный способ читать историю солнечной плазмы даже на большом расстоянии от звезды.

А поскольку солнечный ветер связывает Землю с Солнцем, понимание его природы напрямую влияет на то, насколько хорошо мы сможем защищать спутники, космонавтов и наземную технику от опасных солнечных бурь. Как отметили в ESA, такое исследование было бы невозможно без Solar Orbiter: ни один другой аппарат не обладает одновременно близостью к Солнцу и нужным набором приборов, чтобы связать наблюдаемые явления с их источником на звезде.

В итоге исследование примиряет две конкурирующие теории, показывая, что свитчбэк рождается в результате взаимного пересоединения магнитных линий на поверхности Солнца, а уже потом, в открытом космосе, его движение начинают определять волны и турбулентность. Это не только раскрывает природу загадочных магнитных зигзагов, но и дает ключ к пониманию того, как Солнце формирует и разгоняет солнечный ветер, а значит, помогает лучше предсказывать космическую погоду, от которой зависит работа спутников и безопасность людей на Земле и в космосе.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях