Należąca do NASA sonda Parker Solar Probe znalazła się bliżej Słońca niż jakikolwiek statek kosmiczny wcześniej. To pozwoliło jej zidentyfikować regiony na powierzchni gwiazdy odpowiedzialne za emisję wysokoenergetycznych cząstek poruszających się znacznie szybciej niż reszta wiatru słonecznego. Odkrycie może poprawić nasze przewidywania dotyczące aktywności słonecznej, dając operatorom satelitów i sieci energetycznych czas na podjęcie działań ochronnych.
Sonda Parker Solar Probe przeleciała wystarczająco blisko Słońca, aby wykryć delikatną strukturę wiatru słonecznego. Zidentyfikowała też obszary na powierzchni Słońca, gdzie jest on generowany, ujawniając szczegóły, które zostałyby niezauważone z dalszej odległości, gdy wiatr słoneczny opuści koronę słoneczną jako jednolity podmuch naładowanych cząstek.
W publikacji na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-023-05955-3), zespół naukowców kierowany przez Stuarta D. Bale'a z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley i Jamesa Drake'a z Uniwersytetu w Maryland-College Park poinformował, że sonda wykryła strumienie wysokoenergetycznych cząstek w tzw. dziurach koronalnych, czyli ciemniejszych, stosunkowo chłodniejszych obszarach w koronie słonecznej, co sugeruje, że są to regiony, z których pochodzi tzw. „szybki” wiatr słoneczny.
Sonda Parker Solar Probe została wyniesiona w przestrzeń kosmiczną 11 sierpnia 2018 roku. „First Mission to Touch the Sun” – tak NASA zapowiadała ekspedycję w kierunku Słońca. Ale „dotknięcie” gwiazdy nie jest łatwym zadaniem. Słońce to ogromna kula plazmy, która generuje silne pola magnetyczne i może uwolnić śmiertelny podmuch cząstek w mgnieniu oka.
Sonda ma wielkość małego samochodu i waży nieco ponad 600 kilogramów. Misja została zaplanowana jest na siedem lat. W tym czasie sonda 24 razy okrąży naszą gwiazdę. Misja nosi nazwę na cześć astrofizyka Eugene’a Parkera.
Sonda zebrała najnowsze dane z odległości zaledwie 8,3 miliona kilometrów od Słońca. Ale podczas najbliższego podejścia znajdzie się jeszcze bliżej, bo w odległości 6,4 milionów kilometrów od naszej gwiazdy. Istnieje ryzyko, że najbliższe podejście zbiegnie się z nadchodzącym maksimum słonecznym, a wtedy Słońce może być na tyle aktywne, że dane mogą być zbyt chaotyczne, by cokolwiek ustalić. Zrozumienie, w jaki sposób powstaje wiatr słoneczny, pomoże lepiej przewidywać burze słoneczne, które wytwarzając piękne zorze polarne na Ziemi, ale mogą również siać spustoszenie w sieciach energetycznych.
Zebrane dane dostarczają nowych informacji na temat wiatru słonecznego i procesów go napędzających. Dziury koronalne, odkryte jeszcze w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku, to ciemniejsze obszary w atmosferze słonecznej, związane z wiatrem słonecznym o dużej prędkości, tzw. szybkim wiatrem słonecznym.
Wiatr słoneczny – strumień naładowanych protonów, elektronów i cząstek alfa – można podzielić na dwie szerokie kategorie: „szybki” i „wolny”. „Szybki” wiatr słoneczny wydostaje się ze wspomnianych dziur w atmosferze słonecznej i może podróżować z maksymalną prędkością 800 kilometrów na sekundę – dwukrotnie większą niż maksymalna prędkość „wolnego” wiatru słonecznego, która jest szacowana na około 300-500 kilometrów na sekundę.
Heliofizycy od dawna zastanawiali się, co sprawia, że jeden typ wiatru słonecznego jest prawie dwa razy szybszy od drugiego. - Wiatry przenoszą wiele informacji ze Słońca na Ziemię, więc zrozumienie mechanizmu stojącego za wiatrem słonecznym jest ważne z praktycznych powodów na Ziemi. Wpłynie to na naszą zdolność zrozumienia, w jaki sposób Słońce uwalnia energię i napędza burze geomagnetyczne, które stanowią zagrożenie dla naszych sieci komunikacyjnych i energetycznych – powiedział Drake.
Opierając się na analizie zespołu, dziury koronalne mają kształt zbliżony do lejka o średnicy dochodzącej nawet do 30 tys. kilometrów. U jego podstawy linie pola magnetycznego wpadają i wychodzą z powierzchni gwiazdy. Mogą one się zapętlać i zawracać do gwiazdy, mogą być też skierowane w przestrzeń kosmiczną. Naukowcy argumentują, że to bardzo dynamiczne środowisko i gdy przeciwne pola magnetyczne spotykają się w tych lejkach, to często pękają i łączą się ponownie. To właśnie to nagłe zdarzenie przyspiesza cząstki wiatru słonecznego.
- Fotosfera jest pokryta komórkami konwekcyjnymi, jak w garnku z gotującą się wodą, a przepływ konwekcyjny na większą skalę nazywa się supergranulacją – wyjaśnił Bale. - Tam, gdzie te supergranulacyjne komórki spotykają się i schodzą w dół, pociągają za sobą pole magnetyczne, a to staje się tam bardzo intensywne, ponieważ jest po prostu zablokowane – dodał.
Sonda wykryła obecność niezwykle wysokoenergetycznych cząstek poruszających się od 10 do 100 razy szybciej niż średnia wiatru słonecznego. Badacze doszli do wniosku, że tego typu wiatr mógł powstać tylko w procesie, który nazywa się rekoneksją magnetyczną.
- Wniosek jest taki, że to ponowne połączenie magnetyczne w tych strukturach podobnych do lejków zapewnia źródło energii szybkiego wiatru słonecznego - powiedział Bale.
Źródło: University of California – Berkeley, fot. NASA/CC0
