Європейський апарат Solar Orbiter під час рутинного польоту випадково пролетів крізь гігантський магнітний «злам» у сонячному вітрі та вперше простежив його безпосереднє походження до корони Сонця. Про це йдеться в аналізі даних, описаному в новій роботі Джессі Т. Коберна (Jesse T. Coburn) та колег, на яку звертає увагу видання Universe Today.
Магнітні «злами» (switchbacks) — це різкі вигини ліній магнітного поля Сонця, які змінюють напрямок потоку заряджених частинок у сонячному вітрі. Вони впливають на те, як плазма та енергія розподіляються в Сонячній системі, але їхнє точне походження довго залишалося предметом суперечок.
Випадкова зустріч із гігантським «зламом»
2 березня 2022 року Solar Orbiter летів приблизно на половині відстані між Землею та Сонцем. Його магнітометри та датчики частинок зафіксували, що апарат занурився в потужний магнітний «злам» — підвищені сигнали тривали близько півтори години.
З урахуванням швидкості самого апарата (приблизно 30–40 км/с) і швидкості, з якою «злам» проходив повз нього (близько 450–460 км/с), дослідники оцінили радіальний розмір цієї структури приблизно у 2,75 мільйона кілометрів. Це близько шести відстаней від Землі до Місяця і навіть у 3,5 раза більше за радіус Сонця.
Під час цього проходження Solar Orbiter збирав дані за допомогою датчика важких іонів. Аналіз показав підвищений вміст іонів кисню та вуглецю, позбавлених електронів, і водночас зменшену кількість гелію порівняно з очікуваними значеннями.
Хімічний «відбиток» корони Сонця
У нижніх, дуже гарячих шарах сонячної атмосфери важкі атоми втрачають багато електронів. Далі, коли плазма рухається в бік відкритого космосу, температура падає: іони вже не втрачають нові електрони, але й не повертають втрачені. Тож їхній зарядний стан «застигає» таким, яким був у момент формування плазми.
За даними Solar Orbiter, плазма всередині «зламу» була нагріта до температур понад один мільйон градусів Цельсія. Це характерно саме для надгарячої корони Сонця, а не для більш віддалених ділянок сонячного вітру.
Щоб перевірити це, команда порівняла результати з одночасними спостереженнями Обсерваторії сонячної динаміки (Solar Dynamics Observatory). Вони змогли простежити плазму назад до замкненої магнітної петлі поблизу структури, відомої як корональна діра.
Корональні діри — це темніші й відносно холодніші області, де магнітні поля Сонця простягаються далеко в міжпланетний простір. На відміну від них, корональні петлі — це гарячі дуги плазми, закріплені обома кінцями на поверхні Сонця.
Магнітне «перемикання» та запуск зламу
Оскільки плазма в «зламі» сформувалася в замкненій петлі, дослідники дійшли висновку, що сам «злам» був запущений процесом, який називають міжконтурною (інтерчейндж) реконекцією.
Такий тип реконекції відбувається, коли дуга замкненої корональної петлі стикається з відкритою магнітною лінією. У результаті лінії поля «ламаються» і перебудовуються в новій конфігурації. Під час цього частина перегрітої плазми з петлі викидається в міжпланетний простір, утворюючи структуру, яку й зареєстрував Solar Orbiter як магнітний «злам».
Однак подальший аналіз показав, що все не зводиться лише до «пострілу» плазми з розірваної дуги. Рух частинок усередині «зламу» не був просто прямолінійним.
Гібрид: викид плазми та магнітна хвиля
Якби частинки лише були викинуті з петлі, вони мали б летіти по інерції майже прямою траєкторією. Натомість їхня поведінка виявилася узгодженою з формою магнітних ліній, утворюючи структуру, схожу на альфвенівську хвилю.
Альфвенівські хвилі — це магнітні хвилі, що поширюються вздовж ліній магнітного поля, подібно до того, як механічна хвиля біжить уздовж струни гітари. Отже, після запуску з корональної петлі «злам» не просто летить у просторі, а й підкоряється хвильовій динаміці плазми.
Таке гібридне трактування — і як результат магнітної реконекції, і як хвильової структури — є важливим кроком до глибшого розуміння фізики Сонця та сонячного вітру.
Попри цей прогрес, корона Сонця залишається однією з найзагадковіших частин нашої зорі. Нові апарати на кшталт Solar Orbiter і Parker Solar Probe продовжують приносити унікальні дані, і нині, схоже, справді вдалий час для тих, хто займається геліофізикою.