Ученые, возможно, разгадали давнюю загадку Солнца

Ученые обнаружили таинственную причину главного солнечного явления, которое долгое время вызывало недоумение специалистов.

Космический аппарат Solar Orbiter, разработанный Европейским космическим агентством (ЕКА) при участии НАСА, обнаружил множество крошечных струек вещества, вырывающихся из солнечной атмосферы.

Каждый выброс длится от 20 до 100 секунд, а скорость плазмы – вещество на стадии ионизированного газа, состоящее из нагретых заряженных частиц, – достигает ста километров в секунду. Эти струйки могут быть тем самым источником солнечного ветра, который давно ищут, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science.

Внешняя атмосфера Солнца, или корона, постоянно выбрасывает поток плазмы, известный как солнечный ветер, скорость которого может превышать 447 километров в секунду. Этот поток плазмы, текущий вдоль линий солнечного магнитного поля, распространяется по всей планетной системе далеко за пределы орбиты Плутона и попадает в межзвездное пространство.

Солнечный ветер и магнитное поле создают в окружающем межзвездном веществе огромный "пузырь", который называется гелиосферой.

Изменения солнечного ветра могут вызывать ряд погодных космических явлений, оказывающих влияние на Землю. Например, при определенных условиях он может взаимодействовать с магнитным полем нашей планеты, приводя к возникновению полярного сияния.

В то же время особенно быстрые потоки солнечного ветра могут вызывать геомагнитные бури, способные, в частности, мешать работе навигационных систем, создавать индуцированные токи в электросетях и трубопроводах, а также оказывать иное негативное воздействие.

"Понимание природы солнечного ветра поможет объяснить явления космической погоды. Подобные результаты являются шагом к изучению динамической природы солнечного ветра", – сообщил в интервью газете Newsweek ученый-физик ЕКА Даниэль Мюллер (Daniel Müller).

Солнечный ветер является неотъемлемой особенностью нашей звезды, но понять, как и где он образуется, не удается, хотя ученые изучают этот вопрос уже несколько десятилетий.

Однако современные приборы, установленные на зонде SolarOrbiter, который считается самой сложной научной лабораторией, когда-либо отправлявшейся для изучения Солнца, пролили свет на то, что является движущей силой в создании солнечного ветра.

В ходе последнего исследования ученые изучили данные, собранные системой построения изображения в глубоком ультрафиолете – EUI (Extreme Ultraviolet Imager), установленной на космическом аппарате.

В марте 2022 года система EUI сделала снимки южного полюса Солнца, которые исследователи и проанализировали. В результате они обнаружили множество кратковременных крошечных струек, посредством которых в космос выбрасывалась плазма.

"Мы смогли обнаружить эти крошечные струйки только благодаря небывало высокому разрешению при короткой выдержке изображений, полученных от системы EUI", – отметил в пресс-релизе Лакшми Прадип Читта (Lakshmi Pradeep Chitta) из Института Макса Планка по исследованию Солнечной системы (Германия) и главный автор работы.

Крошечные струйки, которые наблюдали исследователи, исходили из так называемой корональной дыры. Эти пространные дыры представляют собой области, в которых магнитное поле Солнца не течет обратно к поверхности звезды, а вырывается наружу вглубь планетной системы.

Уже несколько десятилетий ученым известно, что часть солнечного ветра, который производит наша звезда, генерируется в этих областях. (Корональные дыры, наиболее распространенные и стабильные на южном и северном полюсах этого небесного тела, создают солнечный ветер, имеющий относительно высокую скорость. Ветер, исходящий из экваториальных областей звезды, где меньше корональных дыр, имеет меньшую скорость.)

Но хотя ученые знали, что быстрый солнечный ветер исходит из корональных дыр, как именно выбрасывается плазма, оставалось загадкой. Однако последние данные позволяют связать обнаруженные крошечные струйки с выбросом плазмы, которая по мере удаления от звезды и порождает солнечный ветер.

Исследование также ставит под сомнение прежние предположения о том, что быстрый солнечный ветер из корональных дыр представляет собой относительно устойчивый поток. Исследователи обнаружили, что он на самом деле не является равномерным и носит прерывистый характер.

"Эта работа показывает, что даже быстрый солнечный ветер гораздо более подвержен изменениям, чем считалось ранее", – добавил Мюллер в беседе с корреспондентом газеты Newsweek.

Струйки, которые обнаружила команда ученых, производят относительно мало энергии в общей схеме солнечной активности. Для сравнения, самые мощные явления в короне звезды, известные как солнечные вспышки X-класса, производят примерно в миллиард раз больше энергии, чем так называемые нановспышки. Но крошечные струйки содержат в тысячу раз меньше энергии, чем эти нановспышки.

В ходе последних наблюдений ученые увидели очень много таких крошечных струек, а значит, именно они выбрасывают значительную часть материи, следы которой можно найти в солнечном ветре.

"Я думаю, что это важный этап исследования – найти на диске нашей звезды что-то, что, несомненно, связано с образованием солнечного ветра", – сообщил в пресс-релизе Дэвид Бергманс (David Berghmans), главный исследователь системы построения изображения в глубоком ультрафиолете (EUI) из Королевской обсерватории Бельгии.

Однако не исключено, что существуют и другие, еще менее значимые и часто происходящие события, которые могут оказывать влияние на формирование солнечного ветра.

Будущие исследования смогут пролить свет на этот вопрос. В настоящее время зонд Solar Orbiter вращается вокруг экватора Солнца. Это означает, что крошечные струи на южном полюсе видны только в профиль, что затрудняет исследование некоторых их свойств.

Но по мере продолжения миссии орбита вращения зонда Solar Orbiter будет постепенно смещаться в сторону неизведанных полярных областей Солнца.

"Через несколько лет мы увидим их с точки, недоступной другим телескопам и обсерваториям, так что все эта информация нам очень поможет", – сообщил Мюллер в пресс-релизе.

По словам Мюллера, последние данные, наряду с другими наблюдениями, сделанными аппаратом Solar Orbiter, имеют большое значение для изучения космической погоды.

"С помощью зонда Solar Orbiter, который также берет пробы в месте своего нахождения, мы можем изучить изменения солнечного ветра в зависимости от расстояния между Солнцем и Землей, – добавил ученый. – Это поможет исследователям построить более совершенные компьютерные модели для прогнозирования солнечного ветра и условий космической погоды вблизи нашей планеты на основе наблюдений за звездой".