Астрономы объяснили происхождение медленного солнечного ветра

Быстрый солнечный ветер возникает вдоль линий открытых магнитных полей у корональных дыр. Скорость его потока у Земли превышает 500 километров в секунду. Параметры такого ветра довольно универсальные и совпадают с параметрами корональных дыр (низкая температура и плотность), поэтому происхождение быстрого ветра не вызывает вопросов. В отличие от него, медленный ветер более неоднороден и разнообразен, но к тому оменту, как он долетает до Земли, это разнообразие часто исчезает, что усложняет исследования. Судя по параметрам, он должен возникать в более горячих областях короны Солнца.

В прошлом ученые пробовали по составу солнечного ветра отследить происхождение потоков «в обратную сторону»: от Земли, то есть с расстояния одной астрономической единицы, обратно к Солнцу. Не хватило точности. Для такого моделирования нужны данные измерений вблизи светила. Теперь они есть.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, ученые проанализировали данные, собранные Solar Orbiter. Автоматический космический аппарат отправился к Солнцу 2020 году. У него сложная траектория полета, задействующая гравитацию Венеры. Каждые полгода он подлетает к Солнцу ближе, чем Меркурий.

Первое сближение Solar Orbiter со светилом произошло в 2022 году. Авторы новой работы использовали данные, собранные аппаратом на расстоянии около 0,5 астрономической единицы от светила в начале марта 2022 года, когда тот начал сближение.

Сопоставив данные наблюдений Solar Orbiter с данными спектрального анализа и результатами моделирования магнитных полей, ученые впервые отследили более точное происхождение медленного ветра.

«Благодаря тому, что Solar Orbiter так близко подлетает к Солнцу, мы смогли увидеть сложную природу солнечного ветра и получить гораздо более четкую картину его происхождения и того, как изменения в разных областях светила дают ему такую сложную структуру», — объяснила Стефани Ярдли (Stephanie L. Yardley), руководитель исследования из Нортумбрийского университета (Великобритания).

Судя по данным зонда, с 1 по 9 марта 2022 года он пролетел через три потока быстрого ветра, а потом сквозь два потока медленного солнечного ветра. Быстрые потоки возникли из областей большой корональной дыры вблизи экватора. У корональных дыр линии магнитного поля «крепятся» к Солнцу только одним концом, создавая «скоростную трассу» для заряженных частиц быстрого ветра.

Источниками медленных потоков оказались области на границе между корональными дырами и более активными регионами светила. Магнитные линии там «закрыты», то есть оба конца «соединены» с поверхностью Солнца. Сами линии мы увидеть не можем, но вот летящая вдоль них плазма образует яркие петли.

Видимо, вблизи корональных дыр магнитные линии разрываются и пересоединяются, а в эти моменты плазма вырывается в открытый космос медленным ветром. Это объясняет и неоднородность медленного ветра. Во-первых, ее порождает сам процесс формирования ветра с разрывами и пересоединениями линий. Во-вторых, активные области отличаются друг от друга и от корональных дыр по составу, по соотношению тяжелых элементов.

Новое исследование подтвердило, что Solar Orbiter способен устанавливать связь между потоками солнечного ветра и их источниками на поверхности Солнца. Это была главная задача миссии. Пока зонд продолжает вести наблюдения, ученые займутся дальнейшим анализом уже полученных данных.

«Пока мы проанализировали данные Solar Orbiter только одним способом и только за этот конкретный временной интервал. Будет интересно увидеть другие исследования по данным Solar Orbiter, а также сравнить его результаты наблюдений с данными миссий вроде Parker Solar Probe», — подытожила Ярдли.