Наши телескопы дотягиваются до края Вселенной, но мы всё еще не до конца понимаем процессы, происходящие на нашей звезде по имени Солнце. Зонд NASA Parker Solar Probe стал самым передовым инструментом по изучению физики Солнца, и он, наконец, смог проследить солнечный ветер до истоков его рождения.
Источник изображения: NASA
Солнечный ветер — это поток заряжённых частиц или солнечной плазмы, который время от времени вырывается за пределы его атмосферы и разлетается в разные стороны со скоростями до 800 км/с. Когда Солнце неактивно, солнечный ветер вырывается с полюсов звезды, но по мере приближения к пику активности в своём 11-летнем цикле Солнце может испускать потоки плазмы в любых направлениях и часто в сторону Земли.
Магнитное поле Земли взаимодействует с облаками заряжённых частиц, и мы видим это взаимодействие в полярных сияниях, а также можем обнаруживать в проблемах со связью и в сбоях работы спутников. Поэтому понимание процессов на Солнце и, в частности, отслеживание образования солнечного ветра позволит более точно прогнозировать космическую погоду и обеспечивать безопасность космических полётов.
Зонд NASA Parker Solar Probe вооружён приборами для детектирования заряжённых частиц, и он приблизился к Солнцу настолько близко, что стал на короткое время погружаться в его атмосферу. В один из предыдущих проходов рядом с Солнцем — в ноябре 2021 года — зонд пролетел рядом с корональной дырой. Мы знаем, что солнечный ветер вырывается в космос из корональных дыр — разрывов в его атмосфере, которые возникают при размыкании линий магнитного поля Солнца.
Обычно линии магнитного поля замкнуты — выходят из звезды и, изогнувшись дугой, входят в него в другом месте. Но по мере нарастания активности Солнца, линии магнитного поля могут размыкаться и другим концом уходить в свободное пространство. Образуется магнитная воронка, горловина которой открывается в никуда и иногда в сторону Земли. Такая дыра не видна невооружённому глазу. Она будет дырой на изображении только в рентгеновском диапазоне. Однако именно в это окно устремится солнечная плазма, удерживаемая до этого магнитными полями.
Оставалось загадкой, какие процессы приводят к размыканию магнитных линий и что даёт энергию для ускорения заряжённых частиц. На этот счёт существует две популярные теории. Согласно одной из них, плазма ускоряется за счёт так называемых альвеновских волн. По другой теории энергия для ускорения частиц появляется в процессе пересоедининия линий магнитного поля. Собранные зондом Parker данные указывают на то, что солнечный ветер действительно зарождается в процессе хаотического пересоединения линий магнитного поля звезды.
Пример обычных «гранул» — конвективных ячеек на Солнце. Источник изображения: NSO/AURA/NS
Зонд обнаружил на стыках так называемых супергрануляционных ячеек на Солнце процессы, в ходе которых частицы двигались с невероятно высокими скоростями — в 10–100 раз превышающими скорость солнечного ветра средней силы. Такое можно объяснить лишь пересоединеннием линий магнитного поля, но никак не ускорением волнами Альвена.
Фактически солнечный ветер рождался по границам ячеек размерами около 30 тыс. км, где магнитное поле было предельно сильное и переключение его линий высвобождало огромную энергию. Солнечный ветер вырывался как струи воды из лейки — равномерно и с одинаковыми промежутками.