Что является источником солнечного ветра? Специалисты на протяжении долгого времени пытаются понять, как формируются потоки заряженных частиц, которые улетают от нашего светила во всех направлениях, достигая скорости в сотни километров в секунду. Хотя быстрые потоки были поняты астрономами, происхождение медленного ветра долгое время оставалось неразгаданной тайной. Теперь у астрономов появились результаты наблюдений, проливающие свет на этот процесс.
Быстрый солнечный ветер формируется вдоль открытых магнитных линий в областях корональных дыр. Его скорость у Земли превышает 500 километров в секунду. Характеристики этого ветра достаточно стабильны и соответствуют параметрам корональных дыр (низкая температура и плотность), что не вызывает сомнений в его происхождении. В отличие от быстрого ветра, медленный ветер характеризуется большей неоднородностью и разнообразием, однако к моменту достижения Земли это разнообразие зачастую нивелируется, что затрудняет его изучение. Анализ параметров указывает на то, что он должен генерироваться в более горячих областях короны Солнца.
Ранее исследователи пытались определить источник потоков солнечного ветра, направленных в противоположную сторону, по их составу: от Земли, находящейся на расстоянии в одну астрономическую единицу, к Солнцу. Однако, не хватало необходимой точности. Для подобных расчетов требовались данные, полученные в непосредственной близости от звезды. Теперь эти данные доступны.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, в ходе анализа данных, полученных с аппарата Solar Orbiter, ученые пришли к определенным выводам. Космический аппарат, запущенный в 2020 году, следует по сложной траектории, использующей гравитационное воздействие Венеры. Он приближается к Солнцу каждые полгода на расстояние, меньшее, чем расстояние от Солнца до Меркурия.
Впервые сближение аппарата Solar Orbiter с Солнцем состоялось в 2022 году. Для новой научной работы были использованы данные, полученные зондом на удалении примерно в 0,5 астрономической единицы от Солнца в начале марта 2022 года, когда началась фаза сближения.
На основе данных, полученных аппаратом Solar Orbiter, в сочетании с результатами спектрального анализа и моделирования магнитных полей, исследователи впервые смогли установить более точное происхождение слабого солнечного ветра.
«Совершая сближения с Солнцем, Solar Orbiter позволил нам изучить структуру солнечного ветра во всех деталях и получить более ясное представление о его истоках. Полученные данные демонстрируют, как изменения, происходящие в различных областях звезды, формируют его сложную организацию», — объяснила Стефани Ярдли, руководитель исследования, работает в Нортумбрийском университете, расположенном в Великобритании).
Согласно измерениям, полученным с зонда, в период с 1 по 9 марта 2022 года он пересекал три потока быстрого ветра, после чего последовало прохождение через два потока медленного солнечного ветра. Эти быстрые потоки образовались в областях крупной корональной дыры, расположенной вблизи экватора. В корональных дырах линии магнитного поля прикреплены к Солнцу лишь в одной точке, что формирует своего рода «трассу» для движения заряженных частиц, составляющих быстрый ветер.
Причиной возникновения медленных потоков послужили области, расположенные на границе между корональными дырами и регионами с повышенной солнечной активностью. В этих зонах магнитные линии «закрыты», что означает, что их концы «соединяются» с поверхностью Солнца. Визуально наблюдать эти линии невозможно, однако плазма, движущаяся вдоль них, формирует заметные петли.
По всей видимости, в окрестностях корональных дыр происходит разрыв и пересоединение магнитных линий, в результате чего плазма выбрасывается в открытый космос в виде слабого потока. Этот процесс обуславливает неоднородность слабого потока. Прежде всего, она возникает из-за самого процесса формирования потока, связанного с разрывами и пересоединениями магнитных линий. Кроме того, активные области отличаются от корональных дыр и друг от друга по своему составу, по соотношению содержания тяжелых элементов.
Недавнее исследование подтвердило способность аппарата Solar Orbiter устанавливать связь между потоками солнечного ветра и областями их возникновения на поверхности Солнца. Именно это являлось ключевой задачей миссии. В то время как зонд продолжает сбор данных, ученые приступят к детальному анализу уже имеющейся информации.
«На данный момент мы рассмотрели данные, полученные аппаратом Solar Orbiter, лишь одним методом и только в рамках определенного периода времени. Нам будет интересно ознакомиться с другими исследованиями, использующими данные Solar Orbiter, и сопоставить результаты наблюдений с информацией, собранной миссиями, такими как Parker Solar Probe», — заключила Ярдли.