Chińsko-niemiecki zespół naukowców zidentyfikował struktury magnetyczne w koronie słonecznej, z której pochodzi szybki wiatr słoneczny. Korzystając ze zdjęć i map Dopplera ze spektrometru promieniowania ultrafioletowego słonecznego (SUMER) i magnetogramów dostarczonych przez Michelson Doppler Imager (MDI) w kosmicznym Obserwatorium Słonecznym i Heliosferycznym (SOHO) ESA i NASA, zaobserwowali przepływ wiatru słonecznego od lejkowatych pól magnetycznych zakotwiczonych w liniach sieci magnetycznej w pobliżu powierzchni Słońca. Obserwacje te zostały przedstawione w numerze Science z 22 kwietnia. Badania prowadzą do lepszego zrozumienia magnetycznej natury źródeł wiatru słonecznego, strumienia cienkiej i gorącej plazmy (gazu przewodzącego prąd elektryczny), który wpływa na środowisko kosmiczne Ziemi.
Wiatr słoneczny składa się z protonów, cząstek alfa (podwójnie zjonizowanego helu), ciężkich jonów i elektronów płynących z powierzchni Słońca z prędkością od 300 do 800 km / s. Ciężkie jony w koronalnych regionach źródłowych emitują promieniowanie przy określonych długościach fal ultrafioletowych. Kiedy płyną w kierunku Ziemi, podobnie jak podczas śledzenia powstającego wiatru słonecznego, długości fal emisji ultrafioletu stają się krótsze, zjawisko zwane efektem Dopplera, który jest dobrze znany w wariancie akustycznym, na przykład ze zmiany tonu klakson samochodu policyjnego podczas zbliżania się lub oddalania od słuchacza. W przypadku Słońca ruch plazmy w naszą stronę, czyli od powierzchni Słońca, jest wykrywany jako przesunięcie niebieskiego widma ultrafioletowego, a zatem może być wykorzystany do identyfikacji początku wypływu wiatru słonecznego.
Widmo ultrafioletowe SUMER jest podobne do tego, które widać, gdy pryzmat rozdziela białe światło na tęczę o wyraźnych kolorach. Promieniowanie ultrafioletowe jest jednak niewidoczne dla ludzkiego oka i nie może przenikać atmosfery ziemskiej. Analizując emisję ultrafioletu uzyskaną przez SUMER w obserwatorium kosmicznym SOHO z kosmosu, fizycy słoneczni mogą dowiedzieć się wiele o Słońcu i wywnioskować temperaturę gazu, skład chemiczny i ruch w różnych warstwach atmosferycznych.
„Cienka struktura magnetyczna regionu źródłowego wiatru słonecznego pozostaje nieuchwytna” - powiedział pierwszy autor prof. Chuanyi Tu z Wydziału Geofizyki Uniwersytetu Pekińskiego w Pekinie w Chinach. „Przez wiele lat fizycy Słońca i kosmosu obserwowali szybkie strumienie wiatru słonecznego pochodzące z rejonów koronalnych z otwartymi liniami pola magnetycznego i niskim natężeniem światła, tzw. Dziurami koronalnymi. Jednak dopiero dzięki połączeniu złożonych obserwacji z SOHO w nowatorski sposób byliśmy w stanie wywnioskować właściwości źródeł wewnątrz otworów koronalnych. Szybki wiatr słoneczny wydaje się pochodzić z lejków koronalnych z prędkością około 10 km / s na wysokości 20 000 kilometrów nad fotosferą ”.
„Szybki wiatr słoneczny zaczyna wypływać ze szczytu lejków w otworach koronalnych z prędkością przepływu około 10 km / s”, stwierdza prof. Tu. „Ten odpływ jest postrzegany jako duże plamy przesunięcia niebieskiego Dopplera (zakreskowane obszary na powyższym rysunku) linii widmowej emitowanej przez jony Ne + 7 w temperaturze 600 000 kelwinów, które można wykorzystać jako dobry wskaźnik przepływu gorącej plazmy . Poprzez porównanie z polem magnetycznym, ekstrapolowanym z fotosfery za pomocą danych magnetycznych MDI, stwierdziliśmy, że wzór przesunięcia niebieskiego tej linii najlepiej koreluje ze strukturami pola otwartego na 20 000 km. ”
Spektrometr SUMER zbadał źródła wiatru słonecznego, obserwując promieniowanie ultrafioletowe pochodzące z dużego obszaru północnego regionu polarnego Słońca. „Wyraźna identyfikacja szczegółowej struktury magnetycznej źródła, ujawnianej obecnie jako lejki koronalne, oraz określenie wysokości uwalniania i prędkości początkowej wiatru słonecznego są ważnymi krokami w rozwiązywaniu problemów związanych z zaopatrzeniem w masę i podstawowym przyspieszeniem. Możemy teraz skupić naszą uwagę na badaniu dalszych warunków plazmy i procesów fizycznych zachodzących w rozszerzających się lejkach koronalnych oraz w ich wąskich szyjkach zakotwiczonych w sieci magnetycznej ”, mówi prof. Eckart Marsch, współautor artykułu naukowego.
Rozwiązanie natury i źródła wiatru słonecznego jest jednym z głównych celów, dla których zaprojektowano SOHO. Społeczność astronomiczna od dawna wiadomo, że szybki wiatr słoneczny pochodzi z dziur koronalnych. Nowością jest odkrycie, że przepływy te rozpoczynają się w lejkach koronalnych, których źródło znajduje się na krawędziach sieci magnetycznej. Tuż pod powierzchnią Słońca znajdują się duże komórki konwekcyjne. Każda komórka ma związane z nią pola magnetyczne, które są skoncentrowane na liniach sieci za pomocą magneto-konwekcji, w której zakotwiczone są szyjki lejka. Plazma, choć wciąż jest zamknięta w małe pętle, jest doprowadzana konwekcyjnie do lejków, a następnie uwalniana tam, tak jak wiadro wody jest opróżniane do otwartego kanału wodnego.
„Wcześniej uważano, że szybki wiatr słoneczny powstaje na dowolnej linii otwartego pola w warstwie jonizacyjnej atomu wodoru nieco powyżej fotosfery”, mówi prof. Marsch, „Jednak niskie przesunięcie dopplerowskie linii emisyjnej z jonów węgla pokazuje, że masowy odpływ nie nastąpił jeszcze na wysokości 5000 km. Uważa się teraz, że słoneczna plazma wiatrowa jest zasilana przez plazmę pochodzącą z wielu małych pętli magnetycznych o wysokości zaledwie kilku tysięcy kilometrów, zatłoczących lejek. Poprzez ponowne połączenie magnetyczne plazma jest doprowadzana ze wszystkich stron do lejka, gdzie może zostać przyspieszona i ostatecznie wytworzyć wiatr słoneczny. ”
Instrument SUMER został zbudowany pod kierownictwem dr Klausa Wilhelma, który jest także współautorem artykułu, w Max Planck Institute for Solar System Research (wcześniej Max Planck Institute for Aeronomy) w Lindau, Niemcy, z kluczowym wkładem z Institut d'Astrophysique Spatiale w Orsay we Francji, NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, Maryland, University of California w Berkeley oraz przy wsparciu finansowym niemieckich, francuskich, amerykańskich i szwajcarskich agencji krajowych. SOHO działa od prawie dziesięciu lat w specjalnym punkcie obserwacyjnym w przestrzeni 1,5 miliona kilometrów od Ziemi, po słonecznej stronie Ziemi. SOHO to projekt współpracy międzynarodowej między Europejską Agencją Kosmiczną i NASA. Został wystrzelony na rakiecie Atlas II-AS z NASA Kennedy Space Center na Florydzie w grudniu 1995 r. I jest obsługiwany z Goddard Space Flight Center.
Oryginalne źródło: Max Planck Society News Release
