Ветер заряженных частиц от Солнца, проходящий через всю Солнечную систему и называемый солнечным ветром, очень изменчив. По мере своего движения он взаимодействует с небесными телами и космическими объектами, которые изменяют его. К тому времени, когда он достигает Земли, большинство его характеристик и особенностей стираются. Это делает невозможным отследить конкретные области на солнечной поверхности, где она возникла. Обнаружить это происхождение, а затем связать обнаруженный нами ветер с областями нашей звезды, где он образуется, — одна из ключевых целей миссии Solar Orbiter.
Во время пролета орбитального аппарата 3 марта 2022 года команда под руководством Стефани Ярдли из Нортумбрийского университета сфотографировала активную область Солнца с помощью приборов EUI, SPICE и Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) Solar Orbiter, а через несколько дней измерила медленный солнечный ветер с помощью нескольких приборов in situ.
Таким образом, впервые в истории была установлена связь между изображениями поверхности Солнца с высоким разрешением на близком расстоянии и прямыми измерениями солнечного ветра in situ, то есть вокруг космического аппарата. Это позволило ученым, участвовавшим в исследовании, более четко определить, где зарождается медленный солнечный ветер, и открыло для физиков-солнечников новый путь к изучению областей-источников солнечного ветра.
Solar Orbiter: измерения in situ и на расстоянии
Солнечный ветер бывает двух типов: быстрый, движущийся со скоростью более 500 км/с, и медленный, движущийся со скоростью менее 500 км/с. Быстрый солнечный ветер возникает из магнитных конфигураций, известных как корональные дыры, которые направляют солнечный ветер в космос. Происхождение медленного солнечного ветра, с другой стороны, до сих пор плохо изучено. Мы знаем, что он связан с активными областями Солнца, где появляются солнечные пятна, но не знаем, как именно.
Чтобы понять это, Solar Orbiter оснащен как приборами местного, так и дистанционного зондирования. Приборы локального зондирования измеряют заряженные частицы солнечного ветра и магнитное поле вокруг орбитального аппарата. Приборы дистанционного зондирования получают изображения и другие данные о самом Солнце. Эти приборы, а также орбита, по которой аппарат движется очень близко к Солнцу, специально разработаны для того, чтобы можно было связать обнаруженный солнечный ветер с его происхождением.
Однако если камеры показывают Солнце таким, каким оно выглядит сейчас, то приборы in situ показывают состояние солнечного ветра, выброшенного с поверхности Солнца несколькими днями ранее. Фактически, частицам солнечного ветра требуется время, чтобы достичь аппарата.
Чтобы связать эти два набора данных, астрономы используют онлайн-программу Magnetic Connectivity Tool, разработанную для поддержки миссии Solar Orbiter. Исходные данные поступают от Global Oscillation Network Group — серии из шести солнечных телескопов по всему миру, которые постоянно отслеживают колебания на поверхности Солнца. На основе этих наблюдений компьютерная модель рассчитывает, как солнечный ветер распространяется по Солнечной системе.
Связь солнечного ветра с его источником
Специалисты выбрали объекты наблюдения на поверхности Солнца. Затем они использовали инструмент Magnetic Connectivity Tool, чтобы предсказать, когда орбитальный аппарат будет пролетать через солнечный ветер, испускаемый этими поверхностными объектами. Данные были собраны в период с 1 по 9 марта 2022 года, когда Solar Orbiter находился на расстоянии около 75 миллионов километров от Солнца, что составляет примерно половину расстояния Земли от Солнца.
Solar Orbiter пролетел над корональной дырой и активной областью, собирая данные и изображения как быстрых, так и медленных потоков солнечного ветра. Ниже представлено Солнце, увиденное миссией 3 марта 2022 года. Главное и самое большое изображение было сделано в режиме Full Sun Imager прибором Extreme Ultraviolet Imager (EUI) Solar Orbiter. Среднее изображение, которое появляется примерно через пять секунд, также сделано EUI, но в режиме высокого разрешения. Третье, меньшее по размеру, изображение получено прибором Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) аппарата Solar Orbiter.
Проанализировав различные потоки от начальной точки на поверхности Солнца до точки прибытия вокруг Solar Orbiter, команда наглядно продемонстрировала, что солнечный ветер по-прежнему несет на себе «отпечатки» регионов, в которых он зародился. Это облегчит физикам-солнечникам отслеживание потоков до точек их возникновения на Солнце.
Теперь, когда ученые продемонстрировали это, открывается несколько будущих возможностей для использования данных с других космических аппаратов, находящихся вблизи Солнца, для изучения солнечного ветра. Например, солнечного зонда Parker Solar Probe НАСА или BepiColombo ЕКА.
С исследованием, опубликованным сегодня 29 мая 2024 года в журнале Nature Astronomy, можно ознакомиться здесь.
