Naukowcy korzystający NASA i sonda kosmiczna ESA odkryły, w jaki sposób zwroty magnetyczne w pobliżu Słońca energetyzują wiatr słoneczny, wpływając na Ziemię i potencjalnie wpływając na możliwość zamieszkania na egzoplanetach.
To przełomowe odkrycie pomaga odpowiedzieć na zadawane od dawna pytania dotyczące dynamiki wiatru słonecznego i ma szersze implikacje dla zrozumienia zjawisk gwiazdowych w całej galaktyce.
Tajemnice wiatru słonecznego
Od lat sześćdziesiątych XX wieku astronomowie zastanawiali się, w jaki sposób naddźwiękowy „wiatr słoneczny” Słońca – strumień energetycznych cząstek wypływających do Układu Słonecznego – nadal jest zasilany energią po opuszczeniu Słońca. Teraz szczęśliwe ustawienie dwóch statków kosmicznych, jednego z NASA, a drugiego wspólnej ESA (Europejska Agencja Kosmiczna)/misja NASA mogła odkryć odpowiedź. Odkrycie to dostarcza kluczowych informacji, które mogą pomóc naukowcom ulepszyć prognozy aktywności słonecznej wpływającej na przestrzeń między Słońcem a Ziemią.
Odkrywanie mocy magnetycznych przełączników
W artykule opublikowanym niedawno w czasopiśmie Naukabadacze przedstawiają przekonujące dowody na to, że najszybsze wiatry słoneczne są zasilane przez magnetyczne „przełączniki”, czyli duże załamania w polu magnetycznym Słońca.
„Nasze badanie odpowiada na ogromne otwarte pytanie dotyczące sposobu, w jaki wiatr słoneczny jest zasilany energią, i pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób Słońce wpływa na swoje środowisko, a ostatecznie na Ziemię” – powiedział Yeimy Rivera, współkierownik badania i stażysta podoktorski w Smithsonian Obserwatorium Astrofizyczne, część Centrum Astrofizyki | Harvardu i Smithsona. „Jeśli ten proces zachodzi w naszej lokalnej gwieździe, jest wysoce prawdopodobne, że napędza on wiatry z innych gwiazd po drugiej stronie Droga Mleczna galaktyki i poza nią, i może mieć wpływ na możliwość zamieszkania na egzoplanetach.”
Znaczenie transferu energii słonecznej i wiatrowej
Wcześniej NASA Sonda słoneczna Parkera odkryli, że te zwroty były powszechne w całym wietrze słonecznym. Parker, który jako pierwszy statek wszedł w magnetyczną atmosferę Słońca w 2021 r., pozwolił naukowcom ustalić, że serpentyny stają się wyraźniejsze i silniejsze w pobliżu Słońca. Jednak jak dotąd naukowcom brakowało eksperymentalnych dowodów na to, że to interesujące zjawisko faktycznie gromadzi wystarczającą ilość energii, aby odgrywać ważną rolę w wietrze słonecznym.
„Około trzy lata temu wygłaszałem wykład o tym, jak fascynujące są te fale” – powiedział współautor Mike Stevens, astrofizyk z Centrum Astrofizyki. „Na koniec profesor astronomii wstał i powiedział: «To fajnie, ale czy to w ogóle ma znaczenie?»”.
Kluczowe odkrycia dokonane przez podwójną sondę kosmiczną
Aby odpowiedzieć na to pytanie, zespół naukowców musiał użyć dwóch różnych statków kosmicznych. Parker jest zbudowany tak, aby latać przez atmosferę Słońca, zwaną „koroną”. Należąca do ESA i NASA misja Solar Orbiter również znajduje się na orbicie, która zbliża ją stosunkowo blisko Słońca i mierzy wiatr słoneczny na większych odległościach.
Odkrycie było możliwe dzięki przypadkowemu ustawieniu sondy w lutym 2022 r., które pozwoliło sondzie Parker Solar Probe i Solar Orbiter zmierzyć ten sam strumień wiatru słonecznego w odstępie dwóch dni. Solar Orbiter znajdował się prawie w połowie drogi do Słońca, podczas gdy Parker omijał krawędź magnetycznej atmosfery Słońca.
„Początkowo nie zdawaliśmy sobie sprawy, że Parker i Solar Orbiter w ogóle mierzą to samo. Parker widział to wolniej osocze w pobliżu Słońca, który był pełen fal zwrotnych, a następnie Solar Orbiter zarejestrował szybki strumień, który otrzymał ciepło i przy bardzo małej aktywności fal” – powiedział Samuel Badman, astrofizyk z Centrum Astrofizyki i drugi współprowadzący badanie. „Kiedy połączyliśmy tę dwójkę, to był moment prawdziwej eureki”.
Fale Alfvéna i interakcja wiatru słonecznego
Naukowcy od dawna wiedzieli, że energia przemieszcza się w koronie słonecznej i wietrze słonecznym, przynajmniej częściowo, poprzez tak zwane „fale Alfvéna”. Fale te przenoszą energię przez plazmę – przegrzany stan materii, z którego składa się wiatr słoneczny.
Nie można było jednak zmierzyć stopnia ewolucji fal Alfvéna i interakcji z wiatrem słonecznym pomiędzy Słońcem a Ziemią – dopóki te dwie misje nie zostały wysłane w tym samym czasie bliżej Słońca niż kiedykolwiek wcześniej. Teraz naukowcy mogą bezpośrednio określić, ile energii magazynuje się w fluktuacjach magnetycznych i prędkości tych fal w pobliżu korony, a o ile mniej energii niosą fale dalej od Słońca.
Nowe badania pokazują, że fale Alfvéna w postaci serpentyn dostarczają wystarczającej energii, aby uwzględnić nagrzewanie i przyspieszenie udokumentowane w szybszym strumieniu wiatru słonecznego odpływającego od Słońca.
„Ponad pół wieku zajęło potwierdzenie, że przyspieszanie i nagrzewanie fal Alfvena to ważne procesy i zachodzą mniej więcej w taki sposób, w jaki myślimy” – powiedział John Belcher, emerytowany profesor Massachusetts Institute of Technology, który był współodkrywcą fal Alfvena w wietrze słonecznym, ale nie uwzględniono go w tym badaniu.
Implikacje nowych badań nad wiatrem słonecznym
Oprócz tego, że pomagają naukowcom lepiej prognozować aktywność słoneczną i pogodę kosmiczną, informacje takie pomagają nam zrozumieć tajemnice Wszechświata w innych miejscach oraz sposób, w jaki wszędzie działają gwiazdy podobne do Słońca i wiatry gwiazdowe.
„To odkrycie jest jednym z kluczowych elementów układanki dającej odpowiedź na sprzed 50 lat pytanie, w jaki sposób wiatr słoneczny jest przyspieszany i podgrzewany w najgłębszych częściach heliosfery, co przybliża nas do osiągnięcia jednego z głównych celów naukowych projektu Misja Parker Solar Probe” – powiedział Adam Szabo, kierownik naukowy misji Parker Solar Probe w NASA.
