Лінії магнітного поля Сонця зовсім не прямі. Іноді вони можуть вигинатися навіть назад, у бік світила. Таке явище отримало назву «зигзаг». Нещодавно один із них дослідив космічний апарат Solar Orbiter і з’ясував, як ці структури утворюються.
Зигзаги магнітного поля Сонця
Як повідомляє сайт phys.org, космічний апарат Solar Orbiter під керівництвом Європейської космічної агенції пролетів крізь S-подібний вигин, відомий як «зигзаг», у магнітному полі сонячного вітру. Вивчивши унікальні частинки всередині світчбеку, Solar Orbiter відстежив його походження до поверхні Сонця і розкрив більше даних про сонячний магнетизм, що є причиною небезпечних сонячних бур.
Сонце має інтенсивне і неспокійне магнітне поле. Це поле керує не лише самим світилом, але й тягнеться назовні вздовж магнітних ліній сонячним вітром — потоком гарячих заряджених частинок (плазми), який постійно виливається з Сонця в космос. Ці лінії можуть скручуватися, ламатися або згинатися назад під час своєї подорожі Сонячною системою. Разом сонячний вітер і його динамічні лінії поля створюють усіляку активність, яку ми можемо вивчати, щоб зрозуміти, що відбувається на нашій зорі та навколо неї.
У 2022 році ESA повідомила, що Solar Orbiter виявив вигин магнітного поля сонячного вітру, відомий як «зигзаг». Хоча світчбеки часто помічали біля Сонця, науковці досі сперечаються, як вони утворюються. Спостерігаючи здалеку, Solar Orbiter допоміг розв’язати частину цієї головоломки, підтвердивши, що світчбек має S-подібну форму — те, що вчені передбачали, але ще не бачили безпосередньо.
Космічний апарат тепер додав ще одну важливу складову до цієї загадки, простеживши вигин назад до його джерела на Сонці. «Solar Orbiter пролетів через дуже великий вигин, — каже Джессі Коберн із CNRS / LPP (Франція), провідний автор нової статті у Nature Astronomy. — Завдяки цьому ми змогли взяти зразки рідко спостережуваних частинок, які мають характерні відбитки свого походження».
Як утворюється світчбек та що визначає його рух?
Щоб встановити цей зв’язок, Коберн та його колеги скористалися аналізатором сонячного вітру (SWA) на борту Solar Orbiter для дослідження плазми, з якої складається цей «зигзаг». На той час апарат перебував приблизно посередині між Землею та Сонцем. Науковці виявили суміш іонів кисню та вуглецю, яка могла утворитися лише в одному місці — у гарячих магнітних петлях на поверхні Сонця.
«Є дві основні конкуренційні теорії щодо того, як формується «світчбек», а разом з ним і сонячний вітер, — додає Коберн. — Конкретна суміш частинок, виявлена Solar Orbiter, є переконливим доказом процесу формування, відомого як «реконекція обміну».
Такий тип повторного з’єднання відбувається, коли частини Сонця з різними магнітними властивостями взаємодіють. В атмосфері Сонця відкриті ділянки мають лінії поля, що тягнуться вдалечінь, як шосе, дозволяючи матеріалу швидко рухатися по них у космос. Закриті ділянки мають лінії, які спочатку тягнуться в космос, а потім вигинаються назад до Сонця, утворюючи закриті петлі. Коли відкрита область взаємодіє із закритою, лінії можуть збиратися разом, різко розриватися і з’єднуватися по-іншому, дозволяючи плазмі, яка раніше була у пастці в петлі, вирватися в космос.
Ось що сталося із цим світчбеком. Але це ще не все. Альтернативна теорія утворення «зигзагів» пов’язана з процесами, що стосуються хвиль та турбулентності (того виду хвиль, які Solar Orbiter виявив як ключові для нагрівання та прискорення сонячного вітру).
Науковці зазначають, що після того, як світчбек покидає Сонце, хвилі та турбулентність беруть гору у фізичних процесах і визначають, як рухається цей об’єкт.
У цілому здається, що обидва процеси — повторне з’єднання струмів та хвилі й турбулентність — беруть участь у тому, як формуються та рухаються світчбеки в космосі. Проте відкриття науковців поєднує ці два підходи, показуючи, що вони просто діють на різних етапах життя такої структури.
Від «зигзагів» до сонячних бур
Щоб зробити це відкриття, дослідники вивчали спостереження частинок «зигзагів» безпосередньо з приладу SWA на Solar Orbiter, аналізували знімки диска Сонця та моделювали магнітні поля як Сонця, так і навколишнього простору. Вони створили нову модель, щоб визначити, звідки походить плазма; ця модель поєднала вимірювання Solar Orbiter з даними обсерваторії NASA Solar Dynamics Observatory, щоб унікально детально відкрити сонячне джерело «зигзагу».
Дивлячись за межі «зигзагів», це відкриття показує, як Сонце нагріває свою атмосферу та прискорює частинки сонячного вітру в космос. Крім того, це показує, що атмосфера нашої зорі залишає свій підпис на частинках, з яких складається цей вітер, даючи нам можливість читати історію сонячної плазми навіть далеко від Сонця.
«Сонячний вітер пов’язує Землю з Сонцем, а наше розуміння його динаміки має ключове значення для того, як ми можемо захистити нашу планету від екстремальних космічних умов, — каже Даніель Мюллер, науковий співробітник ESA проєкту Solar Orbiter. — Чим більше ми знаємо, тим краще можемо готуватися до сонячних бур, щоб захистити нашу космічну інфраструктуру та технології».
Це відкриття просто не було б можливим без Solar Orbiter — жоден інший космічний апарат не має одночасно близькості до Сонця та необхідних інструментів, щоб встановити цей зв’язок. Це чудовий приклад того, як місія дає саме таку науку, яку ми очікували, пов’язуючи Сонце з його довкіллям та розкриваючи більше деталей про нашу зорю.
