Зонд «Паркер» впервые определил границы Солнца

Солнечный зонд «Паркер» впервые в истории на практике определил положение критической поверхности Альвена, считающейся границей между короной Солнца и свободным потоком солнечного ветра. Это произошло в апреле этого года, когда зонд трижды входил в корону Солнца. Сама граница несферическая и находится на среднем расстоянии 18,8 радиуса Солнца от центра звезды. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Вблизи Солнца поведением заряженных частиц управляет магнитное поле звезды, при этом магнитное давление в короне превышает тепловое давление, а магнитогидродинамические альвеновские волны распространяются в ней значительно быстрее, чем звуковые волны. Считается, что магнитное поле ответственно за целый ряд явлений, происходящих в атмосфере Солнца, такие как аномальный нагрев короны, формирование корональных петель и стримеров, а также ускорение солнечного ветра.

Для того чтобы разграничить плазму короны, все еще связанную с Солнцем, и свободный поток солнечного ветра, астрономы ввели понятие критической поверхности Альвена. За ее пределами радиальная составляющая скорости солнечного ветра превосходит скорость распространения альвеновских волн, а плотность кинетической энергии солнечного ветра меньше плотности магнитной энергии. Ученых давно интересуют процессы, идущие в субальвеновской области, например механизмы, которые могут отвечать за нагрев ионов в короне (такие, как резонансное затухание ионно-циклотронных волн), или явления инверсии магнитного поля, получившие обозначение «обратного переключения» (switchbacks) и описываемые как нелинейные альвеновские волны. 

До недавнего времени космическим аппаратам был доступен для исследований лишь поток солнечного ветра, уже не связанный со звездой. Ситуация изменилась в 2018 году, когда в космос был запущен зонд «Паркер», который на данный момент совершил десять сближений с Солнцем из запланированных 24. Он ведет исследования параметров солнечного ветра и внешних слоев звезды во время очень тесных сближений с ним.

Группа астрономов во главе с Джастином Каспером (Justin Kasper) из Мичиганского университета опубликовала первые результаты анализа данных наблюдений субальвеновского потока солнечного ветра, полученных «Паркером» 28 апреля 2021 года, во время восьмого сближения с Солнцем. Сеанс наблюдений длился 5 часов, расстояние от аппарата до центра звезды менялось при этом от 19,7 до 18,4 радиуса Солнца. 

Всего в ходе сближения были три события проникновения зонда в область ниже поверхности Альвена, которые стали первыми в истории.

На основе собранных данных ученым удалось провести реконструкцию объемной картины магнитного поля в области между фотосферой Солнца и зондом. Было установлено, что поверхность Альвена действительно несферическая и находится на среднем расстоянии 18,8 радиуса Солнца от центра звезды. Область короны ниже этой границы характеризуется альвеновским числом Маха 0,78 и магнитной энергией, превышающей как кинетическую, так и тепловую энергию заряженных частиц.

Ученые отмечают, что когда зонд в первый раз проник в корону, он прошел через поток солнечного ветра, возникающий на быстро расширяющихся силовых линиях магнитного поля, расположенных над псевдостримером — крупномасштабным элементом структуры короны Солнца. Третье проникновение в корону произошло над экваториальной корональной дырой Солнца.

Исследователи ожидают, что по мере того, как «Паркер» будет все теснее сближаться с Солнцем, количество открытий будет увеличиваться. В середине декабря 2024 года аппарат сблизится с Солнцем до расстояния около 9-10 солнечных радиусов.

Зонд «Паркер» сделал уже немало открытий — показал структуру солнечного ветра, определил механизмы ускорения частиц около Солнца, а также увидел след астероида Фаэтон и околосолнечное пылевое кольцо вблизи Венеры.

Алекснадр Войтюк