Солнечная корона необычайно горячая, и Parker Solar Probe исключает одно объяснение

Когда солнечный зонд Паркер движется вокруг Солнца, он обнаруживает резкие изменения направления магнитных полей Солнца. Эти S-образные изгибы магнитного поля Солнца очень распространены в солнечном ветре вблизи Солнца, но отсутствуют внутри короны. Автор: Adriana Manrique Gutierrez, NASA's Goddard Space Flight Center

Согласно исследованию Мичиганского университета, опубликованному в The Astrophysical Journal Letters, нырнув в солнечную корону, солнечный зонд НАСА «Паркер» исключил S-образные изгибы магнитного поля Солнца как причину обжигающих температур короны.

Чтобы разгадать эту тайну, НАСА построило солнечный зонд «Паркер», который сможет погрузиться в корону и найти ее источник тепла. Космический корабль оснащен набором инструментов, разработанных Джастином Каспером, профессором климатических, космических наук и инженерии UM, для прямого измерения плотности, температуры и потока плазмы короны.

Когда он впервые приблизился к Солнцу, зонд обнаружил сотни S-образных изгибов магнитного поля Солнца (названных обратными поворотами в связи с тем, как они на короткое время меняют направление магнитного поля), а также тысячи более мелких изгибов. Некоторым ученым обратные переходы показались многообещающими источниками тепла для короны и солнечного ветра. Их сильный S-образный изгиб хранил много магнитной энергии, которая, вероятно, высвобождалась в окружающую плазму, когда переключатели перемещались в пространстве и в конечном итоге выпрямлялись.

«Эта энергия должна куда-то идти, и она может способствовать нагреву короны и ускорению солнечного ветра», — сказал Моджтаба Ахаван-Тафти, помощник научного сотрудника по климатическим и космическим наукам и инженерии UM и автор исследования.

Но чтобы нагреть корону, обратные переходы должны пройти через нее, поэтому изучение того, где образуются обратные переходы, имеет решающее значение для понимания их влияния на температуру короны. Изучив данные первых 14 оборотов солнечного зонда Паркер вокруг Солнца, исследовательская группа обнаружила, что, хотя S-образные изгибы распространены в солнечном ветре вблизи Солнца, они отсутствуют внутри короны.

Ученые до сих пор не могут прийти к согласию относительно того, что вызывает обратный ход. Некоторые полагают, что магнитное поле искривляется турбулентностью солнечного ветра за пределами короны. Другие полагают, что обратный путь начинается на поверхности Солнца, когда вихревые линии и петли магнитного поля взрывным образом сталкиваются и объединяются в изогнутые формы.

НАСА отправило солнечный зонд «Паркер» на Солнце, чтобы узнать, насколько его атмосфера горячее, чем поверхность. Автор: Applied Physics Lab and NASA Goddard Space Flight Center

Результаты исследования исключают последнюю гипотезу. Если бы обратные переключения образовались в результате столкновения магнитных полей на поверхности Солнца, они должны были бы быть еще более распространены внутри короны. Тем не менее, Ахаван-Тафти считает, что магнитные столкновения все же могут играть некоторую косвенную роль в возникновении обратного переключения — и нагревании короны.

«Наша теория могла бы заполнить пробел между двумя школами мысли о S-образных механизмах генерации обратного хода», — сказал Ахаван-Тафти. «Хотя они должны формироваться вне короны, внутри короны может существовать пусковой механизм, который вызывает образование обратного хода в солнечном ветре».

Когда магнитные поля сталкиваются на поверхности Солнца, они вибрируют, как струны гитары, и посылают волны вдоль магнитных полей в космос. В то же время энергия столкновений создает очень быстрые потоки плазмы в солнечном ветре.

Ахаван-Тафти считает, что быстрая плазма искажает магнитные волны, превращая их в обратный поток солнечного ветра. Если некоторые из этих волн рассеются внутри солнечной атмосферы, прежде чем превратиться в обратный путь, они также могут сыграть роль в нагреве короны.

«Механизмы, вызывающие образование обратного переключения, и сами переключения могут нагревать как корону, так и солнечный ветер», — сказал он.

Однако в настоящее время недостаточно данных, чтобы отдать предпочтение триггерам на поверхности Солнца, а не турбулентности солнечного ветра как причине обратного движения.

«Предстоящие полеты Parker Solar Probe к Солнцу уже 24 декабря 2024 года позволят собрать больше данных еще ближе к Солнцу. Мы будем использовать эти данные для дальнейшей проверки нашей гипотезы», — сказал Ахаван-Тафти.

Больше информации: M. Akhavan-Tafti et al, In Situ Mechanisms are Necessary for Switchback Formation, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad60bc

Источник: University of Michigan