Разгадана 70-летняя загадка солнечных взрывов: зонд Parker подтвердил теорию магнитного пересоединения

Исследование под руководством SwRI подтвердило теоретические модели о магнитном пересоединении на Солнце. Измерения зонда NASA Parker Solar Probe помогли заполнить пробелы в данных о процессах, вызывающих солнечные вспышки, выбросы корональной массы и другие явления космической погоды. Замеры проводились в области, отмеченной белым прямоугольником, которая была идентифицирована как источник выброса корональной массы. Изображения получены миссией Solar Orbiter ESA. Фото: ESA/NASA/Solar Orbiter

Новое исследование под руководством Юго-Западного исследовательского института (SwRI) подтвердило теоретические модели о магнитном пересоединении — процессе, который высвобождает накопленную магнитную энергию, вызывая солнечные вспышки, выбросы корональной массы и другие явления космической погоды. Данные были собраны зондом NASA Parker Solar Probe (PSP) — единственным космическим аппаратом, пролетевшим через верхние слои атмосферы Солнца.

Магнитное пересоединение происходит, когда линии магнитного поля в плазме разрываются и соединяются в новой конфигурации, высвобождая огромные количества накопленной энергии. На Солнце это высвобождение энергии часто приводит к солнечной активности, которая может влиять на технологии на Земле — явление, известное как космическая погода. Точное моделирование солнечного магнитного пересоединения может помочь предсказывать выбросы корональной массы, солнечные вспышки и другие события космической погоды, способные воздействовать на спутники, системы связи и даже энергосети на Земле.

«Пересоединение работает на разных пространственных и временных масштабах, в космической плазме — от Солнца до магнитосферы Земли, лабораторных условий и космических масштабов», — пояснил доктор Ритеш Патель, научный сотрудник отдела исследований Солнечной системы и космоса SwRI в Боулдере (Колорадо) и ведущий автор новой статьи в Nature Astronomy. «С конца 1990-х мы могли идентифицировать пересоединение в солнечной короне с помощью визуализации и спектроскопии. Прямое обнаружение стало возможным в магнитосфере Земли после запуска миссий вроде NASA Magnetospheric Multiscale (MMS). Подобные исследования в солнечной короне, однако, стали возможны только с запуском зонда NASA Parker Solar Probe в 2018 году».

Рекордная близость PSP к Солнцу открыла новые возможности для исследований. Сближение 6 сентября 2022 года выявило огромное извержение, предоставив впервые возможность детально зафиксировать и проанализировать свойства плазмы и магнитного поля. Используя комбинацию методов визуализации и прямой диагностики, а также дополнительные наблюдения с Solar Orbiter Европейского космического агентства, команда под руководством SwRI подтвердила, что PSP впервые пролетел через область пересоединения в солнечной атмосфере.

«Мы разрабатывали теорию магнитного пересоединения почти 70 лет, поэтому у нас было базовое представление о том, как будут вести себя различные параметры, — отметил Патель. — Измерения и наблюдения, полученные во время сближения, подтвердили численные модели симуляции, существовавшие десятилетиями, с некоторой степенью неопределенности. Эти данные послужат строгими ограничениями для будущих моделей и предоставят путь к пониманию солнечных измерений PSP в другие периоды и событиях».

Миссия NASA MMS под руководством SwRI дала исследователям представление о том, как пересоединение происходит в околоземной среде в меньшем масштабе. Наблюдения PSP 2022 года теперь предоставляют исследователям недостающий фрагмент, связывающий пересоединение в масштабах Земли и Солнца. Следующим шагом SwRI станет выявление, сопровождаются ли механизмы пересоединения турбулентностью или флуктуациями и волнами магнитных полей в солнечных регионах, которые PSP идентифицировал как зоны активного пересоединения.

«Продолжающаяся работа приносит открытия на разных масштабах, что позволяет нам видеть, как передается энергия и ускоряются частицы, — добавил Патель. — Понимание этих процессов на Солнце может помочь лучше предсказывать солнечную активность и улучшить наше понимание околоземной среды».

Зонд Parker Solar Probe был разработан в рамках программы NASA «Жизнь со звездой» для изучения аспектов системы Солнце-Земля, которые напрямую влияют на жизнь и общество. Программу курирует Центр космических полетов Годдарда NASA в Гринбелте (Мэриленд). Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса спроектировала, построила и в настоящее время управляет космическим аппаратом.

Это открытие имеет практическое значение для защиты земной инфраструктуры. Солнечные бури, вызванные выбросами корональной массы, могут выводить из строя спутники, нарушать радиосвязь и даже повреждать энергосети. В 1859 году так называемое «Событие Кэррингтона» вызвало отказы телеграфных систем по всему миру и полярные сияния, видимые даже в тропиках. Современная технологически зависимая цивилизация еще более уязвима к подобным явлениям.