Группа исследователей представила первые в истории подробные карты внешней границы солнечной атмосферы — области, где вещество Солнца окончательно вырывается из-под власти его магнитного поля и устремляется в межпланетное пространство. Эти карты, созданные на основе уникальных данных, полученных с помощью зонда Parker Solar Probe (Паркера) и других космических аппаратов, позволили увидеть, как эта граница меняется в зависимости от активности звезды. Оказалось, что в периоды максимума солнечного цикла она становится не только больше, но и заметно более неровной и «колючей».
До недавнего времени ученые могли лишь предполагать, где именно проходит эта невидимая черта, отделяющая Солнце от космоса. Теперь же, благодаря прямым измерениям, появилась возможность не только наблюдать за ее изменениями, но и строить точные модели поведения солнечного ветра. Это открытие обещает значительно повысить точность прогнозов космической погоды, что особенно важно для защиты спутников, энергетических систем и астронавтов.
Динамика солнечной границы
Ключевым объектом исследования стала так называемая поверхность Альфвена (Alfvén surface) — рубеж, за которым солнечный ветер начинает двигаться быстрее, чем магнитные волны способны вернуть его обратно к Солнцу. Именно здесь частицы окончательно покидают пределы звезды и устремляются в межпланетное пространство. В течение 11-летнего солнечного цикла эта поверхность то расширяется, то сжимается, а ее форма становится все более сложной по мере приближения к максимуму активности.
Ранее ученые могли лишь косвенно судить о поведении этой границы, используя данные отдаленных зондов. Теперь же, благодаря рекордно близким пролетам Parker Solar Probe, удалось получить прямые измерения в непосредственной близости от поверхности Альфвена. Это позволило не только подтвердить теоретические предположения, но и впервые увидеть, насколько сильно меняется структура этой области в зависимости от фазы солнечного цикла.
Технологии и методы
Для построения новых карт исследователи объединили данные сразу нескольких миссий. Parker Solar Probe, совершая опасные маневры вблизи Солнца, передавал информацию о потоках частиц и магнитных полях. Одновременно аппараты Solar Orbiter Европейского космического агентства и американский зонд Wind, находящиеся примерно в 1,5 миллионах километров от Земли, фиксировали параметры солнечного ветра на большем удалении.
Особую роль сыграл инструмент SWEAP (Solar Wind Electrons Alphas and Protons), установленный на борту Parker. Он позволил напрямую измерить состав и скорость частиц в области под поверхностью Альфвена. Сопоставив эти данные с наблюдениями других аппаратов, ученые смогли с высокой точностью определить, где именно заканчивается влияние магнитного поля Солнца и начинается свободное движение солнечного ветра.
Влияние на Землю и науку
Понимание того, как и где солнечный ветер покидает Солнце, имеет огромное значение для современной науки и технологий. Именно от этих процессов зависит, насколько мощными будут магнитные бури, способные нарушить работу спутников, радиосвязи и даже электросетей на Земле. Кроме того, новые карты помогут лучше понять загадку так называемой корональной загадки — почему температура солнечной короны, внешней оболочки атмосферы, в сотни раз выше, чем у поверхности звезды.
В ближайшие годы, когда Солнце вновь войдет в фазу минимума активности, Parker Solar Probe продолжит свои миссии, позволяя ученым наблюдать за тем, как меняется структура границы атмосферы на протяжении полного цикла. Это даст возможность не только уточнить существующие модели, но и, возможно, открыть новые физические явления, связанные с поведением плазмы и магнитных полей.
Будущее исследований
Авторы работы подчеркивают, что несмотря на значительный прогресс, многие вопросы о природе солнечной короны и механизмах ускорения солнечного ветра остаются открытыми. Новые данные уже позволили скорректировать некоторые представления о динамике атмосферы звезды, однако впереди еще множество загадок, которые предстоит разгадать.
В дальнейшем ученые планируют использовать полученные карты для изучения атмосфер других звезд, а также для совершенствования систем раннего предупреждения о космической погоде. Это особенно актуально в эпоху, когда человечество все активнее осваивает околоземное пространство и планирует дальние пилотируемые миссии.
Если Вы не знали, Parker Solar Probe — это уникальный космический аппарат NASA, запущенный в 2018 году для изучения Солнца с минимального расстояния. Зонд совершает серии сближений с поверхностью звезды, проходя сквозь самые горячие и опасные области ее атмосферы. Благодаря этому проекту ученые впервые получили возможность напрямую исследовать процессы, происходящие в короне Солнца, и значительно продвинулись в понимании природы солнечного ветра и космической погоды.