Космический аппарат впервые вошел в атмосферу Солнца и приносит новые открытия

Впервые в истории космический аппарат "коснулся" Солнца. Солнечный зонд Parker от NASA пролетел через верхние слои атмосферы Солнца – корону – и отобрал образцы частиц и магнитных полей.

Об этом рассказывают в NASA, передают OstanniPodii.com

Новая веха знаменует собой один большой шаг для солнечного зонда Parker и гигантский прыжок для науки о Солнце. Подобно тому, как высадка на Луну позволила ученым понять, как она была сформирована, прикосновение к самому материалу, из которого состоит Солнце, поможет ученым найти важную информацию о нашей ближайшей звезде и ее влиянии на Солнечную систему.

«Прикосновение зонда Parker к Солнцу является монументальным моментом для науки о Солнце и действительно выдающийся подвиг», — сказал Томас Зурбухен, заместитель администратора Управления научных миссий в штаб-квартире NASA в Вашингтоне. «Эта веха не только дает нам более глубокое представление об эволюции нашего Солнца и его влиянии на нашу Солнечную систему, но и все, что мы узнаем о нашей собственной звезде, также позволяет нам больше узнать о звездах в остальной Вселенной».

Приближаясь к солнечной поверхности, Parker совершает новые открытия, которые другие космические аппараты не могли увидеть на слишком большом расстоянии, в том числе изнутри солнечного ветра – потока частиц от Солнца, которые могут влиять на нас на Земле. В 2019 году Паркер обнаружил, что магнитные зигзагообразные структуры в солнечном ветре, называемые "обратными переключениями" (возмущения в солнечном ветре, которые вызывают сгибание магнитного поля в обратную сторону), достаточно часто встречаются вблизи Солнца. Но как и где они не образуются, оставалось загадкой. С этого момента вдвое уменьшив расстояние до Солнца, зонд Parker прошел достаточно близко, чтобы определить одно из мест их возникновения: солнечную поверхность.

Первый проход через корону и обещание дальнейших подлетов будет продолжать предоставлять данные о явлениях, которые невозможно изучить издалека.

Ближе, чем когда-либо

Солнечный зонд Parker был запущен в 2018 году для исследования тайн Солнца, подойдя к нему поближе, чем любой космический аппарат раньше. Через три года после запуска и десятилетия после первой концепции "Паркер" наконец-то прибыл к месту назначения.

В отличие от Земли, Солнце не имеет жесткой поверхности. Но оно имеет перегретую атмосферу, сделанную из солнечного материала, связанного с Солнцем гравитацией и магнитными силами. По мере повышения тепла и давления этот материал удаляется от Солнца и достигает точки, где гравитация и магнитные поля слишком слабы для его удержания.

Эта точка, известная как критическая поверхность Альфвена, знаменует конец солнечной атмосферы и начало солнечного ветра. Солнечный материал, имеющий энергию, чтобы пересечь этот предел, становится солнечным ветром, который тянет за собой магнитное поле Солнца, когда оно мчится через Солнечную систему к Земле и за ее пределы. Важно, что вне критической поверхности Альфвена солнечный ветер движется настолько быстро, что волны внутри ветра никогда не могут путешествовать достаточно быстро для того, чтобы вернуться в Солнце – их связь разрывается.

До сих пор исследователи не были уверены, где находится критическая поверхность Альфвена. По оценкам, основанным на удаленных снимках короны, она находится на расстоянии от 10 до 20 солнечных радиусов от Солнца – от 6,9 до 14,3 миллиона километров. Спиральная траектория Паркера медленно приближает его к Солнцу, и за последние несколько проходов космический аппарат постоянно находился ниже 20 солнечных радиусов (91 процент расстояния от Земли до Солнца), что позволило ему пересечь границу – если оценки верны.

Новости по подобной теме:

		В древних кольцах деревьев возрастом 14 300 лет идентифицирована крупнейшая в истории солнечная буря
		Обнаружены подсказки, которые могут помочь ученым предсказывать солнечные вспышки
		Более подробно раскрыто будущее нашего Солнца

28 апреля 2021 года, во время своего восьмого облета Солнца, зонд Parker столкнулся со специфическими магнитными условиями и состоянием частиц на высоте 18,8 солнечных радиусов (около 13 миллионов километров) над поверхностью Солнца, которые сообщили ученым, что он впервые пересек критическую поверхность Альфвена и, наконец, вошел в атмосферу Солнца.

«Мы в полной мере ожидали, что рано или поздно столкнемся с короной по крайней мере на короткое время», - сказал Джастин Каспер, ведущий автор новой статьи о вехе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, и заместитель директора по технологиям в компании BWX Technologies, Inc. и профессор Мичиганского университета. «Но очень увлекательно, что мы уже добились этого».

В глазу бури

Во время пролетов солнечный зонд Parker несколько раз проходил в корону и выходил из нее. Это доказало то, что некоторые предполагали – что критическая поверхность Альфвена не имеет форму гладкого шара. Скорее, она имеет шипы и впадины, сморщивающие поверхность. Выявление того, где эти выступы совпадают с поступающей солнечной активностью, может помочь ученым узнать, как события на Солнце влияют на атмосферу и солнечный ветер.

В какой-то момент, когда солнечный зонд Parker погрузился чуть ниже 15 солнечных радиусов (около 10,5 миллиона км) от Солнца, он прошел через особенность в короне, которая называется псевдостриммерами. Псевдостриммеры – это массивные сооружения, поднимающиеся над поверхностью Солнце и их можно увидеть с Земли во время солнечных затмений.

Прохождение сквозь псевдостриммер походило на полет в глазу бури. Внутри псевдостриммера условия успокоились, частицы замедлились, а количество обратных переключений уменьшилось – резкое изменение по сравнению с насыщенным потоком частиц, с которым космический аппарат сталкивается в солнечном ветре.

Впервые космический аппарат оказался в регионе, где магнитные поля были достаточно сильны, чтобы доминировать над движением частиц. Эти условия были окончательным доказательством того, что космический аппарат прошел критическую поверхность Альфвена и вошел в солнечную атмосферу, где магнитные поля формируют движение всего региона.

Первый проход через корону, который длился несколько часов, является одним из многих запланированных для миссии. Паркер продолжит приближаться к Солнцу по спирали, наконец приблизится к поверхности к 8,86 солнечным радиусам (6,16 миллиона километров). Предстоящие облеты, следующий из которых состоится в январе 2022 года, вероятно, снова проведут солнечный зонд Parker через корону.

«Мне не терпится увидеть, что обнаружит Parker во время повторных пролетов через корону в ближайшие годы», - сказала Никола Фокс, директор отдела гелиофизики в штаб-квартире NASA. «Возможности для новых открытий безграничны».

Размер короны также зависит от солнечной активности. Поскольку 11-летний цикл активности Солнца – солнечный цикл – нарастает, внешний край короны будет расширяться, предоставляя зонду Parker больше шансов находиться внутри короны в течение более продолжительного периода.

«Это действительно важный регион, в который нужно попасть, потому что мы думаем, что здесь потенциально могут включиться все виды физика», - сказал Каспер. «И теперь мы попадаем в этот регион и, надеюсь, начнем наблюдать некоторые из этих физических явлений и моделей поведения».

Когда Солнечный зонд Паркер проходил через корону во время девятой встречи, космический аппарат пролетел мимо структур, называемых корональными стриммерами. Эти структуры можно увидеть как яркие элементы, двигающиеся вверх по верхним изображениям и под углом вниз в нижнем ряду. Такой вид возможен только потому, что космический аппарат пролетел над и под стримерами внутри короны. До сих пор стриммеры видели только издалека. Они видны с Земли во время полных солнечных затмений. Credits: NASA/Johns Hopkins APL/Naval Research Laboratory

Сужение поиска происхождения обратных переключений

Еще до первых путешествий через корону уже проявилась некоторая удивительная физика. Во время последних встреч с Солнцем зонд Parker собрал данные, указывающие на происхождение зигзагообразных структур в солнечном ветре, называемых обратными переключениями. Данные показали, что одно из мест, где зарождаются обратные переключения, находится на видимой поверхности Солнца – фотосфере.

К тому времени, когда солнечный ветер достигает Земли через расстояние 150 миллионов километров, он представляет собой неумолимый встречный ветер из частиц и магнитных полей. Но когда покидает Солнце, солнечный ветер структурирован и неоднороден. В середине 1990-х годов совместная миссия NASA и Европейского космического агентства «Улисс» пролетела над полюсами Солнца и обнаружила несколько причудливых S-образных изгибов в линиях магнитного поля солнечного ветра, которые вводили заряженные частицы зигзагообразным путем, когда они оставляли Солнце. В течение десятилетий ученые считали, что эти случайные обратные переключения — странности, которые ограничивались полярными регионами Солнца.

В 2019 году, на расстоянии 34 солнечных радиусов от Солнца, Паркер обнаружил, что обратные переключения были не редкостью, а распространенное явление для солнечного ветра. Это восстановило интерес к этим особенностям и задали новые вопросы: откуда они взялись? Были ли они выкованы на поверхности Солнца или сформированы каким-то процессом, изгибающим магнитные поля в солнечной атмосфере?

Новые результаты, опубликованные в Astrophysical Journal, наконец-то подтверждают, что одна из точек происхождения находится вблизи солнечной поверхности.

Подсказки появились, когда Паркер приблизился к Солнцу во время шестого пролета, на расстояние менее 25 солнечных радиусов. Данные показали, что обратные переключения происходят в виде пятен и содержат больший процент гелия, который, как известно, поступает из фотосферы по сравнению с другими элементами. Происхождение обратных переключений еще более сузилось, когда ученые обнаружили пятна, выровненные с магнитными воронками, выходящими из фотосферы между конвекционными ячеистыми структурами, называемыми супергранулами.

Кроме того, что они являются местом зарождения обратных переключений, ученые считают, что магнитные воронки могут являться местом происхождения одного из компонентов солнечного ветра. Солнечный ветер бывает двух разных видов – быстрый и медленный – и воронки могут являться местом, откуда поступают некоторые частицы быстрого солнечного ветра.

«Структура регионов с обратными переключениями соответствует структуре небольшой магнитной воронки в основе короны», - сказал Стюарт Бейл, профессор Калифорнийского университета в Беркли и ведущий автор новой статьи об обратных переключениях. «Это то, чего мы ожидаем от кое-каких теорий, и это указывает на источник самого солнечного ветра».

Понимание того, где и как появляются компоненты быстрого солнечного ветра и связаны ли они с обратными переключениями, может помочь ученым ответить на давнюю солнечную загадку: как корона нагревается до миллионов градусов, что гораздо жарче, чем солнечная поверхность внизу.

Хотя новые результаты позволяют определить где образуются обратные переключения, ученые пока не могут подтвердить, как они формируются. Одна из теорий предполагает, что они могут быть созданы волнами плазмы, которые прокатываются по региону как океанский прибой. Другая теория утверждает, что они созданы взрывным процессом, известным как магнитное пересоединение, которое, как полагают, происходит на границах, где сходятся магнитные воронки.

«Мой инстинкт таков: по мере того, как мы погружаемся в миссию и все ближе и ближе к Солнцу, мы узнаем больше о том, как магнитные воронки связаны с обратными переключениями», – сказал Бейл. «И, надеюсь, решим вопрос о том, какой процесс их создает».

По мере приближения Parker Solar Probe к Солнцу он переходит в неизведанные режимы и делает новые открытия. На этом изображении представлены расстояния Паркера от Солнца для некоторых из этих вех и открытий. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center/Mary P. Hrybyk-Keith

Теперь, когда исследователи знают, что искать, более близкие проходы Паркера смогут выявить еще больше подсказок об обратных переключениях и других солнечных явлениях. Полученные данные позволят учёным заглянуть в область, которая имеет решающее значение для перегрева короны и подталкивания солнечного ветра к сверхзвуковой скорости. Такие измерения короны будут решать понимание и прогнозирование экстремальных явлений космической погоды, которые могут нарушить телекоммуникации и повредить спутники вокруг Земли.

«Очень приятно видеть, как наши передовые технологии добились успеха в том, чтобы доставить Солнечный зонд Паркер к Солнцу ближе, чем мы когда-либо были, и вернуть такие удивительные научные данные», — сказал Джозеф Смит, исполнительный директор программы Parker в штаб-квартире NASA. «Мы с нетерпением ждем, что миссия откроет, когда она еще более приблизится к Солнцу в ближайшие годы».

Солнечный зонд Паркер является частью программы NASA "Жизнь со звездой", предназначенной для исследования аспектов системы Солнце-Земля, непосредственно влияющих на жизнь и общество. Программой "Жизнь со звездой" руководит Центр космических полетов им. Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, для Директората научной миссии NASA в Вашингтоне. Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, руководит миссией "Солнечный зонд Паркер" для NASA, а также спроектировала, построила и управляет космическим аппаратом.

Впервые в истории космический аппарат коснулся Солнца. Солнечный зонд Parker от NASA пролетел через верхние слои атмосферы Солнца – корону – и отобрал образцы частиц и магнитных полей. Credits: NASA's Goddard Space Flight Center/Joy Ng

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

• Солнце
• Parker Solar Probe