Solar Orbiter проследил магнитный свитчбэк в солнечном ветре до его источника на Солнце

Европейское космическое агентство (ЕКА) сообщает, что его космический аппарат Solar Orbiter проследил магнитный свитчбэк (switchback) — S-образную складку магнитного поля, переносимую солнечным ветром, — до места, где он возник на Солнце. Результат получен в статье под руководством Джесси Кобёрна (Jesse Coburn) из CNRS/LPP во Франции под названием «On the Coronal Origin of Magnetic Switchbacks in the Solar Wind» («О корональном происхождении магнитных свитчбэков в солнечном ветре»), которая теперь опубликована в журнале Nature Astronomy. По данным ЕКА, команда определила источник, проанализировав частицы, которые аппарат обнаружил внутри этой структуры.

Солнечный ветер — это постоянный поток горячего электрически заряженного газа, или плазмы, который уносит магнитное поле Солнца в Солнечную систему. По пути силовые линии могут закручиваться, разрываться или загибаться назад. Свитчбэки — одна из таких особенностей: их часто регистрировали вблизи Солнца, но механизм их образования до сих пор остаётся предметом споров. ЕКА напоминает, что в 2022 году Solar Orbiter наблюдал один из них на расстоянии и подтвердил S-образную форму, которую исследователи предсказывали, но никогда не видели напрямую.

На этот раз аппарат прошёл прямо сквозь свитчбэк. «Solar Orbiter пролетел через очень большой свитчбэк», — говорит Кобёрн, поясняя, что это позволило команде измерить редко наблюдаемые частицы, несущие подсказки об их происхождении. В измерениях анализатора солнечного ветра Solar Wind Analyser (SWA), сделанных, когда Solar Orbiter находился примерно на полпути между Землёй и Солнцем, исследователи обнаружили сочетание заряженных частиц кислорода и углерода. ЕКА сообщает, что такая смесь могла образоваться только внутри горячих магнитных петель у поверхности Солнца.

Кобёрн описывает два основных объяснения того, как возникают свитчбэки, а вместе с ними и солнечный ветер. Состав частиц свидетельствует в пользу первого — обменное пересоединение (interchange reconnection): открытые силовые линии, вдоль которых вещество может уходить в космос, встречаются с замкнутыми петлями, которые дугой возвращаются к Солнцу, и линии разрываются и пересоединяются, так что плазма, ранее запертая в петле, вырывается наружу. Конкурирующее объяснение опирается на волны и турбулентность. Соавтор исследования Стефани Ярдли (Stephanie Yardley) из Нортумбрийского университета (Великобритания) говорит, что команда видит и их признаки, но, вероятно, лишь после того, как свитчбэк удалился от Солнца. По её мнению, задействованы оба процесса, и «они просто действуют на разных этапах жизни свитчбэка».

Помимо данных о частицах, полученных in situ, команда изучила изображения солнечного диска и смоделировала магнитные поля Солнца и окружающего пространства. ЕКА сообщает, что исследователи создали новую модель, чтобы установить, откуда пришла плазма, и связали измерения Solar Orbiter с данными обсерватории солнечной динамики НАСА (Solar Dynamics Observatory), чтобы определить область-источник. По данным ЕКА, работа также показывает, что атмосфера Солнца оставляет свой отпечаток на частицах солнечного ветра, что может позволить учёным восстанавливать историю плазмы, измеренной далеко от Солнца.