Сонячний зонд NASA Parker проливає нове світло на сонце - ScienceDaily
У серпні 2018 року сонячний зонд NASA Parker вийшов у космос, незабаром став найближчим до Сонця космічним кораблем. Завдяки передовим науковим інструментам для вимірювання навколишнього середовища навколо космічного корабля, сонячний зонд Parker здійснив три із 24 запланованих проходів через ніколи раніше не досліджені частини атмосфери Сонця - корону. 4 грудня 2019 року чотири нові статті в журналі Nature описують те, що вчені дізналися з цього безпрецедентного дослідження нашої зірки - і те, чого вони з нетерпінням чекають вивчити далі.
Ці висновки відкривають нову інформацію про поведінку матеріалу та частинок, які пришвидшуються від Сонця, наближаючи вчених до відповіді на фундаментальні питання про фізику нашої зірки. Прагнучи захистити космонавтів і технології в космосі, Паркер розкрив інформацію про те, як Сонце постійно викидає матеріал та енергію, і допоможе вченим переписати моделі, які ми використовуємо для розуміння та прогнозування космічної погоди навколо нашої планети та розуміння процесу шляхом які зірки створюються та еволюціонують.
"Ці перші дані від Паркер відкривають нашу зірку Сонце новими і дивовижними способами", - сказав Томас Цурбухен, асоційований адміністратор з питань науки в штаб-квартирі NASA у Вашингтоні. "Спостереження за Сонцем зблизька, а не з набагато більшої відстані, дає нам безпрецедентний погляд на важливі сонячні явища та те, як вони впливають на нас на Землі, і дає нам нові уявлення, що стосуються розуміння активних зірок у галактиках. Це лише початок неймовірно захоплюючого часу для геліофізики з Паркером в авангарді нових відкриттів ".
Хоча нам тут, на Землі, це може здатися спокійним, Сонце є чим завгодно, але не тихим. Наша зірка має магнітну активність, випускаючи потужні сплески світла, потоки частинок, що рухаються поблизу швидкості світла, і мільярдні хмари намагніченого матеріалу. Вся ця діяльність впливає на нашу планету, вводячи пошкоджуючі частинки в простір, куди літають наші супутники та космонавти, порушуючи зв’язок та навігаційні сигнали, і навіть - при інтенсивній - провокуючи перебої в електромережі. Це відбувається протягом усього 5 мільярдів років життя Сонця, і надалі формуватиме долі Землі та інших планет нашої Сонячної системи в майбутньому.
"Сонце зачаровувало людство протягом усього нашого існування", - сказав Нур Е. Рауафі, науковий співробітник сонячного зонда Паркер з лабораторії прикладної фізики Джона Хопкінса в Лорелі, штат Меріленд, яка створила і керує місією для НАСА. "Ми дізналися багато нового про нашу зірку за останні кілька десятиліть, але нам дійсно потрібна була така місія, як Сонячний зонд" Паркер ", щоб увійти в атмосферу Сонця. Тільки там ми можемо реально дізнатися подробиці цих складних сонячних процесів. І те, що ми дізналися лише за ці три сонячні орбіти, змінило багато того, що ми знаємо про Сонце ".
Те, що відбувається на Сонці, має вирішальне значення для розуміння того, як воно формує простір навколо нас. Більша частина матеріалу, що витікає з Сонця, є частиною сонячного вітру, постійного відтоку сонячного матеріалу, який купає всю Сонячну систему. Цей іонізований газ, званий плазмою, несе із собою магнітне поле Сонця, розтягуючи його через Сонячну систему у гігантському міхурі, що охоплює більше 10 мільярдів миль.
Динамічний сонячний вітер
Спостерігається поблизу Землі сонячний вітер - це відносно рівномірний потік плазми, періодично турбулентні падіння. Але на той момент він пройшов понад дев'яносто мільйонів миль - і підписи точних механізмів Сонця для нагрівання та прискорення сонячного вітру знищені. Ближче до джерела сонячного вітру Сонячний зонд Parker побачив набагато іншу картину: складну, активну систему.
"Складність була вражаючою, коли ми вперше почали розглядати дані", - сказав Стюарт Бейл, Каліфорнійський університет, Берклі, керівник набору приладів FIELDS від Parker Solar Probe, який вивчає масштаб і форму електричних і магнітних полів. "Зараз я звик. Але коли я вперше показую колегам, вони просто здуваються". З точки зору Паркера, що знаходиться в 15 мільйонах милях від Сонця, пояснив Бейл, сонячний вітер набагато імпульсивніший і нестійкіший, ніж те, що ми бачимо біля Землі.
Як і саме Сонце, сонячний вітер складається з плазми, де негативно заряджені електрони відокремлюються від позитивно заряджених іонів, створюючи море вільно плаваючих частинок з індивідуальним електричним зарядом. Ці вільно плаваючі частинки означають, що плазма несе електричні та магнітні поля, і зміни в плазмі часто роблять сліди на цих полях. Прилади FIELDS досліджували стан сонячного вітру, вимірюючи та ретельно аналізуючи, як електричне та магнітне поля навколо космічного корабля змінювались з часом, разом із вимірювальними хвилями в сусідній плазмі.
Ці вимірювання показали швидкі обертання в магнітному полі та раптові, швидкіші струмені матеріалу - всі характеристики, які роблять сонячний вітер більш турбулентним. Ці деталі є ключовими для розуміння того, як вітер розсіює енергію, коли вона тече від Сонця та по всій Сонячній системі.
Одне з видів подій, зокрема, привернуло увагу наукових колективів: перекиди в напрямку магнітного поля, що витікає із Сонця, вбудованого в сонячний вітер. Ці розвороти, які називають "перемиканнями", тривають десь від кількох секунд до декількох хвилин, коли вони протікають над сонячним зондом Parker. Під час перемикання, магнітне поле збивається на себе, поки воно не спрямоване майже прямо назад на Сонце. Разом FIELDS і SWEAP, набір приладів для сонячного вітру під керівництвом Університету Мічигану і керованого Смітсонівською астрофізичною обсерваторією, вимірювали скупчення перемикань у перших двох рейсах сонячного зонда Parker.
"Хвилі спостерігались у сонячному вітрі з початку космічної ери, і ми припускали, що ближче до Сонця хвилі будуть посилюватися, але ми не очікували, що вони будуть організовуватися в ці послідовні структуровані стрибки швидкості", - сказав Джастін Каспер, головний дослідник SWEAP - скорочення від "Сонячні електрони вітру" Альфи та протони - в Університеті Мічигану в Ен-Арбор. "Ми виявляємо залишки структур від Сонця, які викидаються в космос і різко змінюють організацію потоків і магнітного поля. Це кардинально змінить наші теорії щодо того, як нагріваються корона і сонячний вітер".
Точне джерело перемикань поки не зрозуміле, але вимірювання сонячного зонда Parker дозволили вченим звузити можливості.
Серед багатьох частинок, які постійно витікають із Сонця, є постійний промінь швидко рухаються електронів, які рухаються по лініях магнітного поля Сонця у Сонячну систему. Ці електрони завжди протікають строго по формі ліній поля, що рухаються від Сонця, незалежно від того, спрямований північний полюс магнітного поля в цій конкретній області до Сонця чи від нього. Але Сонячний зонд Паркера виміряв цей потік електронів, що йде в зворотному напрямку, відкинувшись назад до Сонця - показавши, що саме магнітне поле повинно згинатися назад до Сонця, а не Сонячний зонд Паркер просто стикається з іншою лінією магнітного поля від Сонце, яке вказує у зворотному напрямку. Це свідчить про те, що перемикання - це перелом магнітного поля - локалізовані збурення, що віддаляються від Сонця, а не зміна магнітного поля, коли воно виходить із Сонця.