Solar Orbiter prześledził magnetyczną zawrotkę (switchback) w wietrze słonecznym aż do jej źródła na Słońcu

Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) podaje, że jej sonda Solar Orbiter prześledziła magnetyczną zawrotkę (ang. switchback) – esowate zagięcie pola magnetycznego unoszonego przez wiatr słoneczny – aż do miejsca, w którym powstała na Słońcu. Wynik pochodzi z artykułu, którego głównym autorem jest Jesse Coburn z CNRS/LPP we Francji, zatytułowanego „On the Coronal Origin of Magnetic Switchbacks in the Solar Wind” („O koronalnym pochodzeniu magnetycznych zawrotek w wietrze słonecznym”), opublikowanego właśnie w Nature Astronomy. Według ESA zespół zidentyfikował źródło, analizując cząstki, które sonda napotkała wewnątrz tej struktury.

Wiatr słoneczny to nieustanny odpływ gorącego, naładowanego elektrycznie gazu, czyli plazmy, który wyciąga pole magnetyczne Słońca w głąb Układu Słonecznego. Po drodze linie pola mogą się skręcać, pękać lub zawijać z powrotem same na siebie. Zawrotki są jednym z takich zjawisk: często wykrywano je blisko Słońca, ale sposób ich powstawania wciąż jest przedmiotem dyskusji. ESA przypomina, że w 2022 roku Solar Orbiter zaobserwował jedną z nich z oddali i potwierdził esowaty kształt, który badacze przewidywali, ale nigdy nie widzieli bezpośrednio.

Tym razem sonda przeleciała wprost przez zawrotkę. „Solar Orbiter przeleciał przez bardzo dużą zawrotkę” – mówi Coburn, wyjaśniając, że dzięki temu zespół mógł zmierzyć rzadko obserwowane cząstki niosące wskazówki co do ich pochodzenia. W pomiarach z instrumentu Solar Wind Analyser (SWA), wykonanych, gdy Solar Orbiter znajdował się mniej więcej w połowie drogi między Ziemią a Słońcem, badacze znaleźli połączenie naładowanych cząstek tlenu i węgla. ESA podaje, że taka mieszanka mogła powstać wyłącznie w gorących pętlach magnetycznych na powierzchni Słońca.

Coburn opisuje dwa główne wyjaśnienia tego, jak powstają zawrotki, a wraz z nimi wiatr słoneczny. Skład cząstek przemawia za pierwszym – rekoneksją wymienną (interchange reconnection): otwarte linie pola, wzdłuż których materia może uciekać w przestrzeń kosmiczną, spotykają zamknięte pętle wracające łukiem do Słońca, a linie pękają i łączą się na nowo, tak że plazma uwięziona wcześniej w pętli wydostaje się na zewnątrz. Konkurencyjne wyjaśnienie opiera się na falach i turbulencji. Współautorka Stephanie Yardley z Northumbria University w Wielkiej Brytanii mówi, że zespół widzi również ich ślady, ale prawdopodobnie dopiero wtedy, gdy zawrotka oddali się od Słońca. Jej zdaniem zaangażowane są oba procesy, a „po prostu działają one na różnych etapach życia zawrotki”.

Oprócz danych o cząstkach zebranych in situ zespół przeanalizował obrazy tarczy słonecznej i zamodelował pola magnetyczne Słońca oraz otaczającej je przestrzeni. ESA podaje, że badacze zbudowali nowy model, aby ustalić, skąd pochodziła plazma, łącząc pomiary sondy Solar Orbiter z danymi z należącego do NASA Solar Dynamics Observatory w celu zlokalizowania obszaru źródłowego. Według ESA praca pokazuje również, że atmosfera Słońca pozostawia swój ślad na cząstkach wiatru słonecznego, co mogłoby pozwolić naukowcom odtworzyć historię plazmy mierzonej daleko od Słońca.