Solar Orbiter herleidt een magnetische switchback in de zonnewind tot zijn bron op de zon

Het Europees Ruimteagentschap (ESA) zegt dat zijn ruimtesonde Solar Orbiter een magnetische switchback – een S-vormige plooi in het magnetisch veld dat door de zonnewind wordt meegevoerd – heeft teruggevolgd tot waar die op de zon begon. Het resultaat komt uit een artikel onder leiding van Jesse Coburn van CNRS/LPP in Frankrijk, getiteld „On the Coronal Origin of Magnetic Switchbacks in the Solar Wind” („Over de coronale oorsprong van magnetische switchbacks in de zonnewind”), dat nu is gepubliceerd in Nature Astronomy. Volgens ESA identificeerde het team de bron door de deeltjes te analyseren die de sonde binnen de structuur aantrof.

De zonnewind is een voortdurende uitstroom van heet, elektrisch geladen gas, oftewel plasma, dat het magnetisch veld van de zon het zonnestelsel in sleept. Onderweg kunnen de veldlijnen draaien, breken of op zichzelf terugbuigen. Switchbacks zijn zo’n verschijnsel: ze zijn vaak dicht bij de zon waargenomen, maar hoe ze ontstaan is nog altijd onderwerp van discussie. ESA herinnert eraan dat Solar Orbiter in 2022 er een van een afstand waarnam en de S-vorm bevestigde die onderzoekers hadden voorspeld maar nooit rechtstreeks hadden gezien.

Deze keer vloog de sonde dwars door een switchback. „Solar Orbiter vloog door een zeer grote switchback”, zegt Coburn, en hij legt uit dat het team daardoor zelden waargenomen deeltjes kon meten die aanwijzingen over hun oorsprong bevatten. In metingen van de Solar Wind Analyser (SWA), gedaan toen Solar Orbiter ongeveer halverwege tussen de aarde en de zon was, vonden de onderzoekers een combinatie van geladen zuurstof- en koolstofdeeltjes. ESA zegt dat deze mix alleen kan zijn ontstaan in hete magnetische lussen aan het zonsoppervlak.

Coburn beschrijft twee toonaangevende verklaringen voor hoe switchbacks, en daarmee de zonnewind, ontstaan. De deeltjesmix ondersteunt de eerste, uitwisselingsreconnectie (interchange reconnection): open veldlijnen, waarlangs materiaal de ruimte in kan ontsnappen, ontmoeten gesloten lussen die in een boog terugkeren naar de zon, en de lijnen breken en verbinden zich opnieuw, zodat plasma dat eerst in een lus gevangen zat vrijkomt. De concurrerende verklaring berust op golven en turbulentie. Medeauteur Stephanie Yardley van Northumbria University in het Verenigd Koninkrijk zegt dat het team ook daarvan tekenen ziet, maar waarschijnlijk pas nadat de switchback zich van de zon heeft verwijderd. Naar haar mening zijn beide processen betrokken en „werken ze gewoon in verschillende fasen van het leven van een switchback”.

Naast de deeltjesgegevens die in situ zijn verzameld, bestudeerde het team beelden van de zonneschijf en modelleerde het de magnetische velden van de zon en de omringende ruimte. ESA zegt dat de onderzoekers een nieuw model hebben gebouwd om te achterhalen waar het plasma vandaan kwam, waarbij de metingen van Solar Orbiter werden gekoppeld aan gegevens van NASA’s Solar Dynamics Observatory om het brongebied te lokaliseren. Volgens ESA laat het werk ook zien dat de atmosfeer van de zon haar kenmerk achterlaat op deeltjes in de zonnewind, wat wetenschappers in staat zou kunnen stellen de geschiedenis te reconstrueren van plasma dat ver van de zon wordt gemeten.