Внешняя атмосфера Солнца намного сложнее, чем считалось ранее

Недавно проанализированные наблюдения космического аппарата НАСА STEREO показывают, что внешняя корона Солнца столь же сложна, как и высокоструктурированная внутренняя корона, сообщают  физики 12 декабря на осенней встрече Американского геофизического союза. Эта ранее невидимая структура может помочь решить некоторые из самых сложных загадок солнца, в том числе о том, как рождается солнечный ветер и почему корона настолько горячее, чем поверхность Солнца.

Корона состоит из заряженной плазмы, которая вращается в так называемых петлях, которые следуют за линиями магнитного поля, выходящими с поверхности Солнца. Однако на некотором расстоянии от Солнца эта плазма выходит из короны и проходит через солнечную систему, в виде солнечного ветра —  постоянный поток заряженных частиц, который достигает планет, включая Землю.

Но физики не знают, откуда у плазмы достаточно энергии, чтобы ускориться и покинуть массивное магнитное поле. И они не понимают, почему корона, которая разогрета до нескольких миллионов градусов по Цельсию, имеет более высокие температуры, чем солнечная поверхность, температура которой  всего лишь на 5500 ° C.

Обе проблемы могут быть устранены путем лучшего понимания энергетического процесса, называемого пересоединением, которое происходит, когда линии магнитного поля сливаются, когда они слишком близки друг к другу. Повторное соединение высвобождает энергию и помогает перемещать плазму вокруг, поэтому процесс может быть важным для нагрева короны и управления солнечным ветром.

Но даже в лучших наблюдениях до сих пор внешняя корона казалась гладкой и однородной. Чтобы объяснить эту гладкость, полевые линии должны были бы дистанцироваться друг от друга без большого пересоединения. Более того, физики не могли определить, где начинается граница между короной и солнечным ветром, что могло бы помочь найти недостающий источник энергии.

«Теперь все изменилось», — сказал на собрании AGU солнечный физик Крейг Дефорст из Юго-западного исследовательского института в Боулдере, Колорадо. «Используя аппарат STEREO, мы смогли достаточно глубоко заглянуть, чтобы увидеть переход на внешнем краю короны, где динамика меняется от того, что мы могли бы назвать корональной плазмой, к тому, что мы могли бы назвать молодой плазмой солнечного ветра».

Этот ролик был составлен из кадров трех дней наблюдений с космического аппарата STEREO, который блокировал солнце (в центре), чтобы лучше видеть внешнюю корону. Данные выявили структуры, в том числе «капли» и «узлы», в этой внешней зоне, которые не были очевидны в более ранних наблюдениях.

Крейг Дефорст и его коллеги собирали данные в течение трех дней со STEREO в 2014 году, чтобы получить более подробную информацию о мелкомасштабных изменениях внешней короны, чем те, которые были получены ранее. Исследователи также обработали полученные изображения по-новому, чтобы сфокусировать эти изменения.

Удивительно, но команда обнаружила, что внешняя корона полна движущихся капель и тонких потоков плазмы, которые изменяются в плотности в 10 раз, что указывает на то, что линии магнитного поля движутся и сливаются больше, чем думали ученые ранее. «Оказывается, кажущаяся гладкость является отражением недостатков наших инструментов, а не самой короны», — говорит Дефорст. «В внешней короне почти наверняка происходит пересоединение».

Исследователи также обнаружили, что корона, вероятно, исчезает в солнечном ветре в расстоянии от 14 миллионов до 56 миллионов километров от Солнца — примерно в 10-40 раз больше диаметра Солнца. Это все еще большой диапазон, но космический аппарат NASA Parker Solar Probe, который планируется запустить в 2018 году, должен будет пролететь прямо через эту зону. Зонд будет находиться в 6,4 миллиона километров от Солнца и должен провести первые прямые измерения короны — и, возможно, более точно определить, где корона становится солнечным ветром.

На данный момент наблюдения STEREO «являются просто намеками на целый ряд новых явлений», — говорит Дефорст. Понимание деталей этих процессов «потребует как тщательного анализа от Parker Solar Probe, так и новых, лучших инструментов для обработки изображений».

Солнечный физик Стивен Крэнмер из Университета Колорадо Боулдер, который сделал симуляции магнитного пересоединения во внешней короне, находит результаты захватывающими. Вопросы о горячей короне солнца и ускорении солнечного ветра все еще не решены «не из-за отсутствия идей, а потому, что у нас слишком много идей», — говорит он.