Parker Solar Probe wykluczyła zakręty w kształcie litery S w polu magnetycznym Słońca jako źródło ciepła korony. Te zakręty, powszechne w wietrze słonecznym, nie pojawiają się w koronie, co sugeruje inne mechanizmy ogrzewania. Źródło: NASA i Levi Hutmacher, Michigan Engineering
NASA’S Sonda słoneczna Parkera odkryli, że zakrzywienia pola magnetycznego w kształcie litery S nie są odpowiedzialne za ekstremalne ciepło korony słonecznej.
Chociaż te zwroty pojawiają się w wietrze słonecznym, nie ma ich w koronie. Odkrycie to podważa pogląd, że zderzenia pola magnetycznego na powierzchni Słońca powodują zmiany kierunku, co sugeruje, że w grę wchodzą inne mechanizmy. Aby przetestować nowe hipotezy, potrzebne są dalsze dane z sondy.
Sonda słoneczna Parker odkrywa tajemnice
Nurkując w koronę słoneczną, należąca do NASA sonda Parker Solar Probe wykluczyła zakrzywienia pola magnetycznego Słońca w kształcie litery S jako przyczynę palących temperatur korony. Tak wynika z badań Uniwersytetu Michigan opublikowanych 29 lipca br The Listy do dzienników astrofizycznych.
Atmosfera przypominająca koronę słoneczną może być 200 razy gorętsza niż powierzchnia Słońca, mimo że znajduje się dalej od głównego źródła ciepła w jądrze Słońca. To, jak ciepło korony pozornie przeciwstawia się fizyce, od dziesięcioleci wprawia naukowców w zakłopotanie, a mimo to pozwala na gorącą zupę słoneczną naładowanych cząstek lub osoczeaby poruszać się wystarczająco szybko, aby uciec przed przyciąganiem grawitacyjnym Słońca i pochłonąć nasz Układ Słoneczny jako wiatr słoneczny.
Aby rozwiązać zagadkę, NASA zbudowała sondę Parker Solar Probe, która pozwala zanurzyć się w koronie i znaleźć jej źródło ciepła. Statek kosmiczny jest wyposażony w zestaw instrumentów zaprojektowanych przez Justina Kaspera, profesora nauk o klimacie i przestrzeni kosmicznej oraz inżynierii UM, do bezpośredniego pomiaru gęstości, temperatury i przepływu plazmy korony.
Kiedy Parker Solar Probe okrąża Słońce, odkrywa nagłe odwrócenie kierunku pól magnetycznych Słońca. Te załamania pola magnetycznego Słońca w kształcie litery S są bardzo powszechne w wietrze słonecznym w pobliżu Słońca, ale nie występują wewnątrz korony. Źródło: Adriana Manrique Gutierrez, Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda w NASA
Odkrywanie zwrotów
Kiedy sonda po raz pierwszy zbliżyła się do Słońca, wykryła setki zakrętów w kształcie litery S w polu magnetycznym Słońca – nazwanych zwrotnicami w nawiązaniu do tego, jak na krótko odwracają one kierunek pola magnetycznego – wraz z tysiącami płytszych zakrętów. Niektórym naukowcom zwroty wydawały się obiecującymi źródłami ciepła dla korony i wiatru słonecznego. Ich surowy zakręt w kształcie litery S przechowywał dużo energia magnetycznaktóra prawdopodobnie uwolniła się do otaczającej plazmy, gdy serpentyny podróżowały w przestrzeni i ostatecznie się wyprostowały.
„Ta energia musi gdzieś uciec i może przyczyniać się do podgrzewania korony i przyspieszania wiatru słonecznego” – powiedziała Mojtaba Akhavan-Tafti, asystent naukowca w dziedzinie nauk o klimacie i przestrzeni kosmicznej oraz inżynierii na UM, a także współautorka badania.
Aby jednak ogrzać koronę, serpentyny muszą przez nią przejść, więc poznanie, gdzie tworzą się serpentyny, ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia ich wpływu na temperaturę korony. Po przeanalizowaniu danych z pierwszych 14 okrążeń sondy Parker Solar Probe wokół Słońca zespół badawczy odkrył, że chociaż zakręty w kształcie litery S są powszechne w wietrze słonecznym w pobliżu Słońca, nie ma ich wewnątrz korony.
NASA wysłała sondę Parker Solar Probe w stronę Słońca, aby dowiedzieć się, dlaczego atmosfera jest gorętsza niż powierzchnia. Źródło: Uniwersytet Johnsa Hopkinsa/APL/Steve Gribben
Konkurencyjne teorie
Naukowcy wciąż nie mogą dojść do porozumienia co do przyczyn zwrotów akcji. Niektórzy uważają, że pole magnetyczne jest zakrzywiane przez turbulencje wiatru słonecznego poza koroną. Inni uważają, że serpentyny rozpoczynają swoją podróż na powierzchni Słońca, kiedy wirujące linie i pętle pola magnetycznego gwałtownie zderzają się i łączą w wygięte kształty.
Wyniki badania wykluczają tę drugą hipotezę. Jeśli zwroty powstały w wyniku zderzenia pól magnetycznych na powierzchni Słońca, powinny one występować jeszcze częściej wewnątrz korony. Jednakże Akhavan-Tafti uważa, że zderzenia magnetyczne mogą w dalszym ciągu odgrywać pośrednią rolę w pochodzeniu zwrotów i nagrzewaniu korony.
Żółta plazma zarysowuje linie pola magnetycznego na powierzchni Słońca. Niektórzy naukowcy uważają, że zderzające się pola magnetyczne powodują zwroty na powierzchni Słońca, ale brak takich zwrotów w koronie sugeruje coś innego. Źródło: NASA i Levi Hutmacher, Michigan Engineering
Nowa teoria
„Nasza teoria może wypełnić lukę między dwiema szkołami myślenia na temat mechanizmów generacji zwrotnej w kształcie litery S” – powiedział Akhavan-Tafti. „Chociaż muszą one powstać poza koroną, wewnątrz korony może znajdować się mechanizm spustowy, który powoduje powstawanie zwrotów w wietrze słonecznym”.
Kiedy pola magnetyczne zderzają się z powierzchnią Słońca, wibrują jak szarpane struny gitary i wysyłają fale wzdłuż pól magnetycznych w przestrzeń kosmiczną. Jednocześnie energia ze zderzeń tworzy bardzo szybkie strumienie plazmy w wietrze słonecznym.
Akhavan-Tafti uważa, że szybka plazma zniekształca fale magnetyczne, tworząc zwroty wiatru słonecznego. Jeśli część z tych fal rozproszy się w atmosferze słonecznej, zanim staną się serpentynami, mogą również odgrywać rolę w podgrzewaniu korony.
„Mechanizmy powodujące powstawanie zawrotów głowy i same zawroty mogą podgrzewać zarówno koronę, jak i wiatr słoneczny” – powiedział.
Przyszłe badania
Jednak obecnie nie ma wystarczających danych, aby faworyzować wyzwalacze na powierzchni Słońca zamiast turbulencji wiatru słonecznego jako przyczyny zwrotów.
„Zbliżające się wyprawy sondy Parker Solar Probe w stronę Słońca już 24 grudnia 2024 r, zbierze więcej danych jeszcze bliżej Słońca. Wykorzystamy te dane do dalszego testowania naszej hipotezy” – powiedział Akhavan-Tafti.
Odniesienie: „Mechanizmy in situ są niezbędne do formowania zwrotnego” M. Akhavan-Tafti i SL Soni, 29 lipca 2024 r., Listy z dziennika astrofizycznego.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad60bc
Badania sfinansowała NASA.
