Солнечный зонд НАСА раскрывает одну из величайших загадок Солнца

Данные NASA Parker Solar Probe подтверждают теории об одной из величайших загадок Солнца: почему его внешняя атмосфера горячее, чем его огненная поверхность.

Два года назад исследователи предсказали, когда зонд пройдет через постоянно движущийся невидимый барьер в верхних слоях атмосферы Солнца, называемый точкой Альвена.

Они также ожидали странного явления за пределами этой точки, которое нагревает элементы до разных температур.

Результаты, объявленные НАСА и содержащиеся в трех научных статьях, подтверждают точность обоих прогнозов.

Данные, лежащие в основе этих исследований, расширяют то, что мы знаем о солнечной короне, помогая отточить прогнозное моделирование для защиты энергосистемы Земли от потенциально разрушительной солнечной активности – когда Солнце бросает капли своей плазмы на нашу планету.

«Хотя мы не знаем, как происходит нагревание, мы смогли предсказать, где это происходит, и теперь солнечный зонд Parker вошел в эту зону нагрева», – говорит Джастин Каспер, профессор климатических и космических наук в Мичиганском университете. , главный исследователь миссии Паркера и первый автор одной из статей, опубликованных в Physical Review Letters.

«Трудно переоценить, насколько это важно для нашего понимания космической погоды, поскольку теперь мы знаем, что космический корабль сможет увидеть, как происходит нагревание короны.

Представьте, что вы пытаетесь предсказать погодные условия и, наконец, можете измерить, насколько нагревается воздух перед бурей », – говорит Каспер.

Между поверхностью Солнца и его внешней атмосферой волны Альфвена подпрыгивают взад и вперед. Они похожи на намагниченные океанские волны, движущиеся через горячий суп из ионов и электронов, составляющий атмосферу Солнца.

На самом дальнем краю этой области, называемой точкой Альфвена, солнечный ветер движется быстрее, чем скорость волн. За пределами этой точки альфвеновские волны больше не могут возвращаться к солнцу.

28 апреля 2021 года зонд Parker Solar Probe упал ниже точки Альфвена, впервые проплыв примерно пять часов в верхних слоях атмосферы.

Он пересек барьер на расстоянии 13 миллионов километров от поверхности Солнца, или 18,6 радиуса Солнца. Исследователи предсказывали, что зонд найдет точку где-то на расстоянии от 10 до 50 солнечных радиусов от поверхности.

«Мы знаем, что скорость Альфвена высока около Солнца и падает с расстоянием, и мы знаем, что солнечный ветер начинается в состоянии покоя около Солнца и течет быстрее с расстоянием, поэтому в конечном итоге им пришлось пересечься», – говорит Каспер.

«Повсюду были предсказания от пяти радиусов Солнца, которые Паркер никогда бы не увидел, до десятков солнечных радиусов».

В 2019 году Каспер и Кристофер Кляйн, бывший постдок Мичиганского университета, который сейчас является доцентом Университета Аризоны, связали расположение точки Альфвена с тем, что они назвали «зоной предпочтительного обогрева», где температура отдельных элементы растут экспоненциально, но до разных уровней.

Они предсказали, что край зоны выровняется с движущейся точкой Альвена.

Чтобы оценить, как далеко от поверхности Солнца прекратилось предпочтительное нагревание, исследователи проанализировали десятилетия наблюдений за солнечным ветром с помощью космического корабля НАСА Wind.

Они также исследовали, как гелий нагревается в короне – как его высокая температура ближе к Солнцу охлаждается на пути к Земле из-за столкновений с ионами в солнечном ветре.

Наблюдение за падением температуры гелия позволило им измерить расстояние до внешнего края зоны преимущественного нагрева. Их проекции границы зоны совпали с их оценкой точки Альфвена.

Запущенный в августе 2018 года зонд Parker Solar Probe является частью программы НАСА «Жизнь со звездой», созданной для изучения аспектов системы Солнце-Земля, которые напрямую влияют на жизнь и общество.

«Эти локальные измерения позволят нам искать доказательства различных экзотических механизмов, которые перегревают внешнюю атмосферу Солнца, и либо проверять, либо опровергать эти теории, основанные на удаленных наблюдениях», – говорит Кляйн, соавтор новой статьи.

«Описание этого нагрева необходимо для полного понимания того, как энергия переносится от нашего Солнца, движется в космосе и, в конечном итоге, влияет на околоземную среду».

Поддержку работе оказали НАСА и STFC Ernest Rutherford Fellowship.