Солнечный телескоп Дэниела К. Иноуэ создает первые карты магнитного поля солнечной короны

NSF Daniel K. Inouye Solar Telescope представляет свою первую карту сигналов солнечного коронального магнитного поля, измеренных с использованием эффекта Зеемана. Эффект Зеемана поляризует корональное излучение, для измерения которого требуются достижения Inouye Solar Telescope, поскольку его сигналы составляют всего несколько частей на миллиард от поверхностной яркости Солнца. На фоновом изображении показана область, подробно наблюдаемая Inouye, как показано на снимке NASA's Solar Dynamics Observatory в ультрафиолетовом свете. Автор: NSF/NSO/AURA

Солнечный телескоп Дэниела К. Иноуэ, самый мощный в мире солнечный телескоп, эксплуатируемый Национальной солнечной обсерваторией (NSO) NSF, совершил крупный прорыв в области физики Солнца, успешно составив первые подробные карты корональных магнитных полей Солнца.

Это важное достижение, которым руководил научный сотрудник Национальной южной обсерватории доктор Том Шад, было опубликовано в журнале Science Advances и обещает расширить наши знания об атмосфере Солнца и о том, как ее изменяющиеся условия оказывают влияние на технологически зависимое общество Земли.

Корона, или внешняя атмосфера Солнца, оказывает большое влияние на солнечные ветры и явления космической погоды, такие как солнечные вспышки и выбросы корональной массы. Однако магнитные силы, которые управляют этими событиями и короной, сложно измерить.

Телескоп напрямую картировал силу магнитного поля в солнечной короне, внешней части солнечной атмосферы, которую можно увидеть во время полного затмения. Этот прорыв обещает улучшить наше понимание космической погоды и ее влияния на технологически зависимое общество Земли.

Корона: стартовая площадка космической погоды

Магнитное поле Солнца создает области в его атмосфере, часто окруженные солнечными пятнами, которые хранят огромное количество энергии, подпитывающей мощные солнечные бури и определяющей космическую погоду.

Корона, внешняя атмосфера Солнца, является перегретой областью, где раскрываются эти магнитные тайны. Картографирование корональных магнитных полей необходимо для понимания и прогнозирования космической погоды, а также для защиты наших технологий на Земле и в космосе.

Почему это важно

Магнитное поле Земли защищает нас от солнечных ветров, защищая нашу атмосферу и делая жизнь возможной. Однако электромагнитные поля и энергичные частицы от экстремальных солнечных извержений могут нарушить работу спутников, электросетей и других систем, которые нам нужны в нашем все более технологичном обществе.

Понимание этих динамических взаимодействий, которые меняются в масштабах от нескольких дней до столетий, имеет решающее значение для защиты нашей инфраструктуры и нынешнего образа жизни.

Измерение магнитных свойств короны долгое время бросало вызов астрономам и ограничениям технологий. Сегодня солнечный телескоп Иноуэ является самым передовым объектом, предназначенным для изучения короны, и сделал важный первый шаг в разрешении этих загадок, создав свои первые карты коронального магнитного поля — самые подробные на сегодняшний день.

Первые карты магнитного поля короны, полученные солнечным телескопом Иноуэ

Начиная с 1950-х годов физики-солнцеведы картировали магнитные поля на поверхности Солнца, предоставляя ценные сведения. Однако карты магнитного поля в зонах над поверхностью, таких как корона, давно уже ищут, поскольку именно в этих местах зарождаются солнечные бури. Inouye, расположенный недалеко от вершины Халеакала на Мауи на Гавайях, теперь предоставляет возможности для удовлетворения этой критической потребности.

Inouye создал свои первые подробные карты магнитного поля солнечной короны с использованием эффекта Зеемана, который измеряет магнитные свойства путем наблюдения за расщеплением спектральных линий. Спектральные линии — это отдельные линии, которые появляются на определенных длинах волн в электромагнитном спектре, представляя свет, поглощаемый или испускаемый атомами или молекулами.

Предыдущие попытки обнаружить эти сигналы,о которых сообщалось в последний раз два десятилетия назад, не имели деталей и регулярности, необходимых для обширного научного исследования. Сегодня непревзойденные возможности Inouye позволяют проводить подробные регулярные исследования этих важных сигналов.

Технологическое чудо

Обычно солнечную корону — область, которая в миллион раз слабее солнечного диска, — можно увидеть только во время полного солнечного затмения, когда большая часть солнечного света блокируется и небо над Землей темнеет.

Однако Inouye использует технологию, называемую коронографией, для создания искусственных затмений, что позволяет ему обнаруживать чрезвычайно слабые поляризованные сигналы — в миллиард раз слабее солнечного диска, — что подчеркивает его непревзойденную чувствительность и укрепляет его статус уникального окна к нашей родной звезде.

Inouye достигает этого с помощью своего криогенного ближнего инфракрасного спектрополяриметра (Cryo-NIRSP), одного из основных инструментов телескопа, используемого для изучения короны и картирования ее магнитных полей. Этот инструмент был разработан и построен Институтом астрономии Гавайского университета.

«Достижения Inouye в картировании корональных магнитных полей Солнца являются свидетельством инновационного дизайна и возможностей этой новаторской уникальной обсерватории», — сказал Том Шад, ученый из NSO и первый автор исследования. «Этот прорыв обещает значительно улучшить наше понимание солнечной атмосферы и ее влияния на нашу Солнечную систему».

Перспективы на будущее

Эта веха знаменует начало новой эры в физике Солнца. Успех Иноуэ в картографировании корональных магнитных полей Солнца подтверждает его видение и миссию и открывает новые горизонты в понимании влияния Солнца на космическую погоду.

«Точно так же, как подробные карты поверхности и атмосферы Земли позволили точнее прогнозировать погоду, эта захватывающе полная карта магнитных полей в солнечной короне поможет нам лучше предсказывать солнечные бури и космическую погоду», — говорит доктор Кэрри Блэк, директор программы NSF для NSO.

«Невидимые, но феноменально мощные силы, запечатленные на этой карте, будут продвигать солнечную физику в следующем столетии и далее».

Кристоф Келлер, директор NSO, сказал: «Картографирование напряженности магнитного поля в короне является фундаментальным научным прорывом не только для исследований Солнца, но и для астрономии в целом».

«Это начало новой эры, в которой мы поймем, как магнитные поля звезд влияют на планеты, здесь, в нашей Солнечной системе, и в тысячах экзопланетных систем, о которых мы теперь знаем».

Текущие и будущие исследования позволят усовершенствовать диагностические инструменты и методы, что приведет к более глубокому пониманию магнитной среды Солнца и ее влияния на Землю и нашу Солнечную систему.

Больше информации: Thomas Schad, Mapping the Sun's coronal magnetic field using the Zeeman effect, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adq1604. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq1604

Источник: Association of Universities for Research in Astronomy