S-образные изгибы в солнечном ветре: ученые отслеживают происхождение загадочных магнитных поворотов

Космический аппарат Solar Orbiter Европейского космического агентства пролетел сквозь S-образный изгиб магнитного поля солнечного ветра. Собрав следы неуловимых частиц внутри этого переворота, он проследил его происхождение до поверхности Солнца. Это открытие помогает лучше понять солнечный магнетизм — неуправляемый источник опасных солнечных бурь.

Что такое свитчбэк и почему это важно

Солнце обладает мощным и беспокойным магнитным полем. Оно управляет самой звездой и вытягивается наружу вместе с солнечным ветром — потоком горячих заряженных частиц, которые непрерывно покидают Солнце. Линии этого поля могут скручиваться, ломаться или складываться сами по себе во время путешествия по Солнечной системе.

В 2022 году Solar Orbiter заметил изгиб в магнитном поле солнечного ветра, известный как свитчбэк. Такие серпантины часто наблюдаются рядом с Солнцем, но ученые до сих пор спорят, как они формируются. Наблюдая издалека, аппарат подтвердил, что переворот имеет S-образную форму — то, что предсказывали теоретики, но не видели напрямую.

Как удалось найти источник

Чтобы установить связь между переворотом и его источником, исследователи использовали инструмент Solar Wind Analyser. В тот момент Solar Orbiter находился примерно на полпути между Землей и Солнцем. Ученые обнаружили смесь заряженных частиц кислорода и углерода, которая могла образоваться только одним способом: внутри петель горячего магнитного поля на поверхности Солнца.

Эта специфическая смесь частиц стала неопровержимым доказательством процесса, известного как пересоединение между перестановками. Такой вид пересоединения происходит, когда части Солнца с разными магнитными свойствами взаимодействуют. В атмосфере Солнца открытые области имеют линии поля, которые тянутся в космос, позволяя материалу уходить. Закрытые области имеют линии, которые возвращаются к Солнцу, образуя замкнутые петли. Когда открытая область взаимодействует с закрытой, линии могут сжиматься, разрываться и вновь соединяться разными способами. Это позволяет плазме, ранее запертой в петле, вырваться в космос.

Не «или-или», а и то, и другое

Альтернативная теория образования свитчбэка включает волны и турбулентность. Solar Orbiter обнаружил признаки и этого процесса, но, вероятно, только после того, как переворот вышел в космос. Как только он покидает Солнце, волны и турбулентность берут верх и определяют его движение.

Ученые приходят к выводу: оба процесса — пересоединение и волны с турбулентностью — участвуют в формировании и перемещении свитчбэков. Открытие примиряет две конкурирующие теории, показывая, что они работают на разных стадиях жизненного цикла переворота.

Что это меняет

Для этого открытия исследователи изучали наблюдения частиц внутри переворота, анализировали изображения диска Солнца и моделировали магнитные поля. Они создали новую модель для определения источника плазмы, связав данные Solar Orbiter с измерениями Solar Dynamics Observatory NASA. Это позволило с беспрецедентной детализацией выявить солнечный источник переворота.

Открытие показывает, как Солнце нагревает свою атмосферу и ускоряет частицы солнечного ветра. Кроме того, оно демонстрирует, что атмосфера Солнца оставляет отпечаток на частицах, составляющих ветер. Это дает возможность читать историю солнечной плазмы даже вдали от Солнца.

Ученые подчеркивают: солнечный ветер связывает Землю с Солнцем, и понимание его динамики важно для защиты планеты от экстремальных космических погодных явлений. Чем больше известно, тем лучше можно подготовиться к солнечным бурям и защитить космическую инфраструктуру.

Открытие было бы невозможным без Solar Orbiter: ни один другой аппарат не обладает такой близостью к Солнцу и нужными инструментами. Это пример того, как миссия приносит именно ту науку, для которой создавалась, соединяя Солнце с его средой и раскрывая подробности о нашей звезде.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.