Зонд «Паркер» помог понять ускорение частиц около Солнца и структуру короны

Астрофизики представили результаты анализа данных, собранных солнечным зондом «Паркер», который подлетел к звезде ближе, чем любой другой аппарат. В серии статей, опубликованных в журнале Nature, ученые рассказали о природе истекающего с экватора светила медленного солнечного ветра, механизмах ускорения протонов и электронов, нашли ранее не наблюдавшиеся структуры в плазме короны и взаимосвязи вращения Солнца со сверхзвуковыми потоками частиц.

Несмотря на высокую яркость и относительно близкое расположение, многие аспекты физики Солнца остаются неясны. К основным нерешенным проблемам можно отнести механизм разогрева короны и природу циклов активности, но помимо них существует большое количество более частных вопросов, на которые ученые пока не знают ответа.

Многое неизвестно о солнечном ветре — испускаемом звездой потоке частиц. Например, наблюдения показывают, что движение этого вещества в какой-то момент становится сверхзвуковым, но покидает корону звезды оно с меньшей скоростью. Следовательно, должен существовать процесс, ускоряющий этот поток уже на отдалении от Солнца. Вместе с тем, достигая Земли, солнечный ветер уже оказывается перемешанным и достаточно однородным, из-за чего узнать детали о его ускорении сложно.

Для исследования этих и многих других вопросов физики Солнца был запущен аппарат «Паркер». Этот аппарат постепенно замедляется и переходит на все более близкие к светилу орбиты. Он уже совершил три близких пролета мимо звезды, которые стали рекордными сближениями для любого созданного человеком аппарата — 0,16 и 0,24 астрономических единиц (36 и 54 солнечных радиуса, соответственно). В серии новых работ ученые представили результат обработки первых полученных данных.

Одним из неожиданных открытий стало обнаружение смены направления магнитных силовых линий. Более того, подобные резкие развороты поля, которые заметно влияют на движение заряженных частиц солнечного ветра, оказались обычным делом для области внутри орбиты Меркурия. Их размер относительно невелик: инструменты зонда фиксировали инверсию на протяжении секунд или минут, но подобного не фиксировалось на больших отдалениях от звезды.

В другой работе опубликованы убедительные данные, подтверждающие теорию о связи вращения Солнца с солнечным ветром. На расстоянии Земли этот поток движется с высокой точностью радиально, но вблизи звезды он тесно связан с вращением источника. Однако оказалось, что тангенциальная составляющая скорости ветра вблизи светила больше ожидаемой, а также быстрее предсказаний превращается в однородный удаляющийся от звезды поток.

«Паркер» также позволил получить первые указания на уменьшение размеров частиц межпланетной пыли вблизи звезды. Теоретики предсказывали этот эффект еще около века назад, но проверить его не представлялось возможным. Экстраполяция полученных данных показывает, что примерно на 6 радиусах Солнца должна начинаться полностью лишенная пыли область. Пока она недоступна непосредственному наблюдению зонда, но это должно стать возможным примерно через год, когда аппарат будет подходить существенно ближе к звезде. Попадающие в эту часть системы твердые частицы должны полностью уничтожаться излучением и уноситься прочь, становясь частью солнечного ветра.

Близкое расстояние позволило «Паркеру» увидеть ряд феноменов, которые слишком малы или недостаточно ярки для наблюдения с Земли. В частности, удалось выделить два типа небольших вспышек: известные ранее и связанные с магнитными жгутами, а также лишь предсказанные, сопряженные с магнитными островами плазмы. Также удалось выделить новый класс ускоряющих частицы процессов. Ученые знали о двух: один, более резкий, действует преимущественно на электроны, а второй, постепенный, ускоряет протоны. Новый тип событий по свойствам оказался промежуточным, при этом порождая особенно много быстрых ионов тяжелых элементов.

Ранее «Паркер» показал движение солнечного ветра. Подробнее о целях этой уникальной миссии и загадках Солнца читайте в нашем материале «Навстречу солнечному ветру».