Солнечный ветер и небольшие структуры на Солнце

Учёные применили к данным НАСА о солнечных структурах, которые создают потоки высокоскоростного солнечного ветра, передовые технологии обработки изображений.
Эти структуры подробно описаны в новом исследовании, опубликованном в "Астрофизическом журнале" (The Astrophysical Journal).
Первое исследование небольших объектов на Солнце, получивших название "пёрышки", позволит учёным понять, как и почему возникают возмущения в солнечном ветре.

Магнитное влияние Солнца распространяется на миллиарды километров, далеко за пределы орбиты Плутона и внешних планет. Его определяет движущая сила - солнечный ветер.
Этот постоянный поток солнечного вещества переносит магнитное поле Солнца в космос, где оно формирует окружающую среду вокруг Земли, других планет и простирается в глубины космоса.
Изменения в солнечном ветре связаны с явлениями космической погоды, которые влияют не только на планеты, но также на людей и исследовательские аппараты по всей Солнечной системе.
Данная работа предполагает, что относительно небольшие, ранее не исследованные образования, возникающие вблизи поверхности Солнца, могут играть решающую роль в характеристиках солнечного ветра.

"Это показывает важность мелкомасштабных структур и процессов на Солнце для понимания крупномасштабной системы солнечного ветра и космической погоды", - говорит Вадим Урицкий, гелиофизик из Католического университета Америки и Центра космических полетов имени Годдарда, руководитель исследования.

Солнечным ветром управляют магнитные силы, как и всем солнечным веществом, которое состоит из ионизированного газа, называемого плазмой.
Магнитные силы особенно сложны в атмосфере Солнца: его поверхность пронизана постоянно изменяющейся комбинацией замкнутых петель и линий магнитного поля, направленных в сторону Солнечной системы.

Именно по этим незамкнутым линиям магнитного поля солнечный ветер исходит от Солнца в космос. Области открытого магнитного поля на Солнце могут создавать корональные дыры - участки с относительно низкой плотностью, выглядящие как тёмные пятна на некоторых ультрафиолетовых изображениях Солнца.
Часто в этих корональных дырах находятся гейзеры, извергающие солнечное вещество, которое истекает от Солнца нескольких дней и образует так называемые шлейфы (или плюмы).
Эти солнечные шлейфы выглядят очень яркими в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне и легко фиксируются космическими обсерваториями, такими как Обсерватория солнечной динамики (SDO) и другие космические аппараты и инструменты.
Являясь областями с содержанием особенно плотного солнечного вещества в открытом магнитном поле, шлейфы играют большую роль в продуцировании высокоскоростного солнечного ветра, а это означает, что их свойства могут влиять на характеристики самого солнечного ветра.

Используя наблюдения высокого разрешения от Обсерватории солнечной динамики (SDO), а также метод обработки изображений, специально разработанный для данных исследований, Урицкий и его коллеги обнаружили, что эти шлейфы на самом деле состоят из гораздо меньших по размеру "волокон" вещества, которые они назвали "пёрышками".
На изображениях от SDO шлейф простирается на ширину более чем 110000 километров, ширина же каждого отдельного пёрышка составляет примерно от 3700 километров при наименьшем значении до 7200 километров для самых широких наблюдаемых перьев.

Хотя более ранние работы намекали на некие структуры внутри солнечных шлейфов, это первый случай, когда учёные наблюдали пёрышки в четкой фокусировке.
Методы, использованные для обработки изображений, сократили "шумы" на снимках Солнца, создав более четкое изображение, на котором отчетливо видны пёрышки и их мельчайшие изменения.

Новые исследования, сосредоточенные на солнечном шлейфе, наблюдавшемся 2-3 июля 2016 года, показывают, что яркость шлейфа почти полностью зависит от отдельных перьев, даже без каких-либо дополнительных включений между структурами.
Это говорит о том, что пёрышки - нечто большее, чем просто особенности в более крупной системе шлейфа, и скорее всего они являются строительными блоками, из которых он состоит.

"Ранее исследователи наблюдали структуры у основания и внутри шлейфов, - объясняет Джуди Карпен, соавтор исследования и руководитель Лаборатории космической погоды в Отделе гелиофизических наук НАСА. - Но мы обнаружили, что сам шлейф представляет собой пучок этих более плотных струящихся перьев, что сильно отличается от нашего прежнего представления о солнечных шлейфах".

Кроме того, было обнаружено, что пёрышки движутся независимо друг от друга, каждое из них колеблется само по себе, и это позволяет предположить, что мелкомасштабное поведение этих структур может быть основной причиной возмущений в солнечном ветре, в дополнение к их коллективному крупномасштабному поведению.


В поисках пёрышек

Процессы, формирующие солнечный ветер, часто оставляют следы в самом солнечном ветре, которые сказываются на изменении его скорости, состава, температуры и магнитного поля и могут дать ключ к пониманию основ физики Солнца.
Солнечные перья также оставляют свои отпечатки, и по этим следам можно больше узнать о роли перьев в продуцировании солнечного ветра, хотя их поиск и интерпретация иногда являются непростой задачей.

Одним из ключевых источников данных является зонд Parker Solar Probe (Солнечный зонд Паркер), который приблизился к Солнцу более, чем любой другой космический аппарат, достигнув к концу своей миссии расстояния до 6,5 миллионов километров от его поверхности и получая данные о солнечном ветре с высоким разрешением.
Наблюдения самого близкого к Солнцу зонда более детальные, чем те, что были получены в ходе предыдущих миссий, и благодаря им можно выявить следы перьевых структур.

Фактически, одно из первых и неожиданных открытий Солнечного зонда Паркер может быть связано именно с перьями.
Во время своего первого витка вокруг Солнца в ноябре 2018 года зонд зафиксировал внезапные изменения направления магнитного поля солнечного ветра, получившие название "обратные переподключения".
Причина и точная природа этих перенаправлений поля пока остаются загадкой для учёных, но небольшие структуры, такие как пёрышки, способны создавать подобные сигнатуры.

Обнаружение сигнатур пёрышек в самом солнечном ветре зависит от того, насколько долго их оттиски сохраняются при удалении от Солнца, или же они размываются на пути в миллионы километров, которые они проходят от Солнца до наших обсерваторий в космосе.

Оценить это возможно с помощью удалённых от Земли обсерваторий, таких как Solar Orbiter (Солнечный спутник), который уже получил самые близкие изображения Солнца, включая детальный вид солнечной поверхности, и эти изображения будут только улучшаться по мере приближения космического аппарата к Солнцу.
Предстоящая миссия PUNCH, возглавляемая Крейгом Дефорестом, одним из авторов исследования солнечных перьев, будет изучать процесс перехода солнечной атмосферы в солнечный ветер, а также сможет дать ответы и на другие вопросы.

"Аппарат PUNCH будет непосредственно наблюдать за переходом атмосферы Солнца в солнечный ветер, - сообщает Урицкий. - Это поможет нам понять, могут ли уцелеть пёрышки на своём пути от Солнца, попадая в солнечный ветер".




Источник: https:// www.nasa.gov/ feature/ goddard/ 2021/ exploring-the-solar-wind- with-a-new-view- of-small-sun-structures/