Учёные выяснили, где рождаются загадочные магнитные изгибы солнечного ветра
Космический аппарат Solar Orbiter помог определить происхождение необычных изгибов магнитного поля, которые распространяются вместе с солнечным ветром. Учёные проследили один особенно крупный такой изгиб до области солнечной атмосферы и выяснили, что он, вероятно, возник при пересоединении открытых и замкнутых магнитных линий.
Такие структуры называют магнитными переключениями. Внутри них направление магнитного поля солнечного ветра резко меняется, иногда почти разворачиваясь назад, а затем возвращается к прежнему состоянию. Подобные изменения могут длиться от нескольких секунд до нескольких часов.
В 2022 году Solar Orbiter впервые получил изображение структуры, соответствующей такому магнитному изгибу, и подтвердил её предсказанную S-образную форму. Теперь аппарат не только наблюдал подобное явление издалека, но и непосредственно прошёл через крупную структуру, что позволило исследовать находившуюся внутри неё плазму.
Исследователи использовали прибор Solar Wind Analyser для анализа заряженных частиц. В плазме обнаружили характерное соотношение ионов кислорода и углерода, которое указывает на происхождение вещества из горячих замкнутых магнитных петель в солнечной атмосфере.
Этот химический след поддерживает механизм, известный как обменное магнитное пересоединение. Он возникает там, где встречаются открытые магнитные линии, уходящие далеко в космос, и замкнутые линии, которые образуют петли и возвращаются обратно к поверхности Солнца.
При сближении такие линии могут разорваться и соединиться в новой конфигурации. Плазма, прежде удерживавшаяся внутри замкнутой петли, получает путь наружу и выбрасывается в солнечный ветер вместе с деформацией магнитного поля.
Долгое время существовали две основные группы объяснений происхождения подобных структур. Одна связывала их непосредственно с магнитным пересоединением возле Солнца, а другая предполагала, что характерные изгибы формируются или существенно изменяются уже в солнечном ветре под действием волн и турбулентности.
Новые данные показывают, что эти объяснения могут не противоречить друг другу. Пересоединение, вероятно, создаёт первоначальный магнитный изгиб и выпускает плазму в космос, после чего волновые процессы и турбулентность меняют структуру по мере её движения от Солнца.
Чтобы установить источник наблюдаемой плазмы, исследователи объединили измерения Solar Orbiter с изображениями солнечного диска и компьютерным моделированием магнитного поля. Дополнительно использовались данные обсерватории Solar Dynamics Observatory NASA, что позволило связать состав частиц возле аппарата с конкретной областью на Солнце.
Результат важен и для исследования самого солнечного ветра. Пересоединение магнитных линий рассматривается как один из процессов, способных выпускать вещество из солнечной атмосферы, а волны и турбулентность могут участвовать в его дальнейшем ускорении и нагреве.
Такие наблюдения позволяют использовать химический состав солнечного ветра как своего рода след его происхождения. Даже далеко от Солнца соотношение различных заряженных частиц может сохранять информацию о температуре и магнитной структуре области, из которой плазма была выброшена.
Более точное понимание связи солнечной атмосферы с солнечным ветром важно и для изучения космической погоды. Магнитное поле и потоки плазмы Солнца влияют на околоземное пространство, спутники и другие космические аппараты, хотя сами магнитные переключения не следует напрямую приравнивать к солнечным бурям.
Исследование в журнале Nature Astronomy.