Sonda Solar Orbiter odkrywa małe samoloty, które mogą zasilać wiatr słoneczny

Europejska Agencja Kosmiczna/NASA Sonda Solar Orbiter wykryła dużą liczbę małych dżetów materii uciekających z zewnętrznej atmosfery Słońca. Każdy strumień trwa od 20 do 100 sekund i gaśnie osocze przy około 100 km/s (60 mph) lub 360 000 km/h (220 000 mph). Dżety te mogą być długo oczekiwanym źródłem wiatru słonecznego.

Zrozumienie wiatru słonecznego

Wiatr słoneczny składa się z naładowanych cząstek zwanych plazmą, które nieustannie uciekają przed słońcem. Rozprzestrzenia się na zewnątrz poprzez przestrzeń międzyplanetarną, rozbijając się o wszystko na swojej drodze. Kiedy wiatr słoneczny zderza się z ziemskim polem magnetycznym, powstaje zorza polarna.

Chociaż wiatr słoneczny jest podstawową cechą Słońca, zrozumienie, w jaki sposób i gdzie jest on wytwarzany w pobliżu Słońca, okazało się nieuchwytne i od dziesięcioleci stanowi główny przedmiot badań. Teraz, dzięki doskonałemu oprzyrządowaniu, Solar Orbiter zrobił nam ważny krok naprzód.

Ta mozaika zdjęć przedstawia mnóstwo maleńkich strumieni materii uciekających z zewnętrznej atmosfery Słońca. Zdjęcia pochodzą ze statku kosmicznego ESA/NASA Solar Orbiter. Na tej mozaice wyglądają jak ciemne smugi na powierzchni Słońca. Zdjęcia są „negatywami”, co oznacza, że ​​chociaż dżety są pokazane jako ciemne, są to jasne błyski na powierzchni Słońca. Źródło zdjęcia: Zespół ESA/NASA/Solar Orbiter/EUI; Podziękowania: Lakshmi Pradeep Cheetah, Instytut Badań nad Układem Słonecznym im. Maxa Plancka, CC BY-SA 3.0 IGO

Obrazowanie powierzchni Słońca w wysokiej rozdzielczości

Dane pochodzą z instrumentu Extreme Ultraviolet Imager Instrument (EUI) znajdującego się na pokładzie Solar Orbiter. Zdjęcia południowego bieguna Słońca wykonane przez EUI 30 marca 2022 roku ujawniają zestaw słabych, krótkotrwałych cech związanych z małymi strumieniami plazmy wyrzucanymi z atmosfery słonecznej.

„Byliśmy w stanie wykryć te maleńkie dżety jedynie dzięki bezprecedensowym obrazom o wysokiej rozdzielczości i częstotliwości wykonanym przez EUI” – mówi Lakshmi Pradeep Chitta, Instytut Badań Układu Słonecznego Maxa Plancka w Niemczech i główna autorka artykułu opisującego to zjawisko praca. . W szczególności zdjęcia wykonano w kanale skrajnego ultrafioletu kamery EUI o wysokiej rozdzielczości, która obserwuje plazmę słoneczną o jasności milionowej magnitudo przy długości fali 17,4 nanometra.

Szczególnie interesujący jest fakt, że z analizy wynika, że ​​cechy te są spowodowane wyrzucaniem plazmy z atmosfery słonecznej.

Film powstał na podstawie obserwacji wykonanych przez sondę kosmiczną ESA/NASA Solar Orbiter 30 marca 2022 roku w godzinach od 04:30 do 04:55. UTCZostał wydany wcześniej w zeszłym roku. Pokazuje dziurę koronalną w pobliżu południowego bieguna Słońca. Późniejsza analiza wykazała, że ​​podczas obserwacji wystrzelono wiele małych samolotów. Pojawiają się jako małe błyski światła świecące na obraz. Każdy z nich wyrzuca w przestrzeń naładowane cząstki, zwane plazmą. Okrąg wskazuje wielkość Ziemi w stosunku do jej objętości. Źródło zdjęcia: Zespół ESA/NASA/Solar Orbiter/EUI; Podziękowania: Lakshmi Pradeep Cheetah, Instytut Badań nad Układem Słonecznym im. Maxa Plancka

Struktury magnetyczne i wiatr słoneczny

Naukowcy od dziesięcioleci wiedzą, że duża część wiatru słonecznego jest powiązana ze strukturami magnetycznymi zwanymi dziurami koronalnymi, czyli obszarami, w których pole magnetyczne Słońca nie wraca do Słońca. Zamiast tego pole magnetyczne rozciąga się w głąb Układu Słonecznego.

Plazma może przepływać wzdłuż „otwartych” linii pola magnetycznego, kierując się do Układu Słonecznego, tworząc wiatr słoneczny. Ale pytanie brzmiało: jak wystrzelono plazmę?

Tradycyjne założenie było takie, że ponieważ korona jest gorąca, w naturalny sposób rozszerzy się, a część ucieknie wzdłuż linii pola. Jednak nowe odkrycia dotyczą dziury koronalnej zlokalizowanej na południowym biegunie Słońca, a wykryte pojedyncze dżety podważają założenie, że wiatr słoneczny wytwarza się jedynie w sposób ciągły, stały.

„Jednym z odkryć jest to, że przepływ ten nie jest bardzo równomierny, a wszechobecność dżetów sugeruje, że wiatr słoneczny z dziur koronalnych może powstawać jako przepływ bardzo sporadyczny” – mówi Andre Żukow z Królewskiego Obserwatorium w Belgii. , współpracownika w pracach, który prowadził kampanię monitorującą Solar Orbiter.

Misja Solar Orbiter Europejskiej Agencji Kosmicznej napotka Słońce z orbity Merkurego w jego najbliższym punkcie. Źródło: laboratorium multimedialne ESA/ATG

Analiza energii statku powietrznego

Energia związana z każdą pojedynczą płaszczyzną jest niewielka. W górnej części zjawisk koronalnych znajdują się rozbłyski słoneczne klasy X, a w dolnej – tak zwane nanorozbłyski. We rozbłysku X jest miliard razy więcej energii niż w nanorozbłysku. Małe dżety wykryte przez Solar Orbiter są mniej energetyczne, wydzielają około tysiąc razy mniej energii niż nanorozbłysk i kierują większość tej energii w wyrzucającą plazmę.

Ich wszechobecność, na którą wskazują nowe obserwacje, wskazuje, że wyrzucają one dużą część materii, którą widzimy w wietrze słonecznym. Możliwe, że będą mniejsze i częstsze wydarzenia, które przyniosą więcej korzyści.

„Myślę, że to ważny krok w kierunku znalezienia czegoś na dysku, co zdecydowanie ma udział w powstawaniu wiatru słonecznego” – mówi David Bergmans, Królewskie Obserwatorium w Belgii i główny badacz EUI.

Przyszłe obserwacje i szersze implikacje

Obecnie Solar Orbiter nadal krąży wokół Słońca w pobliżu równika. Zatem w tych obserwacjach EUI patrzy na Biegun Południowy pod kątem pasącym się.

„Trudno zmierzyć niektóre właściwości tych małych dżetów, patrząc z krawędzi, ale za kilka lat zobaczymy je z innej perspektywy niż jakiekolwiek inne teleskopy czy obserwatoria, więc to powinno bardzo pomóc nam obojgu, ” on mówi. Daniel Müller, naukowiec projektu ESA dotyczący Solar Orbiter.

Dzieje się tak, ponieważ w miarę postępu misji statek kosmiczny będzie się rozwijał Jego orbita jest stopniowo przechylana w kierunku regionów polarnych. W międzyczasie aktywność na Słońcu będzie postępowała w cyklu słonecznym, a dziury koronalne zaczną pojawiać się na różnych szerokościach geograficznych, zapewniając nową, wyjątkową perspektywę.

Wszyscy uczestnicy będą podekscytowani tym, jakie nowe spostrzeżenia uda im się zgromadzić, ponieważ prace te wykraczają daleko poza nasz Układ Słoneczny.

Słońce jest jedyną gwiazdą, której atmosferę możemy obserwować tak szczegółowo, ale jest prawdopodobne, że ten sam proces zachodzi także w przypadku innych gwiazd. To zmienia te obserwacje w odkrycie podstawowego procesu astrofizycznego.

Odniesienie: „Dżety Picoflare napędzające wiatr słoneczny wyłaniający się z dziury koronalnej na Słońcu”: LP Chitta, AN Zhukov, D. Berghmans, H. Peter, S. Parenti, S. Mandal, R. Aznar Cuadrado, U. Schühle, L. Triaka, F. Osher, K. Barzyński, E.; Bushlin, L.; Hara, E. Kreikamp, ​​DM, Long, L. Rodriguez, C. Schwanitz, BJ Smith, C. Verbeek, DB Seton, 24 sierpnia 2023 r., dostępne tutaj. Nauki.
doi: 10.1126/science.ade5801

Solar Orbiter to misja kosmiczna będąca efektem międzynarodowej współpracy Europejskiej Agencji Kosmicznej i NASA, obsługiwana przez Europejską Agencję Kosmiczną.