Аппарат Solar Orbiter прошёл прямо через крупный S-образный изгиб магнитного поля в солнечном ветре и позволил проследить, откуда взялась плазма внутри него. По составу частиц исследователи сузили область происхождения до границы корональной дыры или горячих магнитных петель внутри неё, а измерения указали на механизм, который мог выпустить плазму в космос. Новые данные помогают примирить два объяснения загадочных магнитных разворотов, которые прежде конкурировали друг с другом.
Солнце постоянно выбрасывает поток заряженных частиц, который мы называем солнечным ветром. Вместе с плазмой в космос тянется магнитное поле. Иногда его силовые линии резко загибаются и на короткое время меняют направление. Космические аппараты встречали такие развороты много раз, особенно рядом с Солнцем, но физики до сих пор спорят о том, как именно они рождаются.
Solar Orbiter пересёк один из самых заметных разворотов 2 марта 2022 года на расстоянии около 0,55 астрономической единицы от Солнца, примерно 82 млн км. Крупная структура продержалась около полутора часов. Приборы аппарата измерили не только магнитное поле и скорость плазмы, но и зарядовые состояния кислорода и углерода, содержание гелия и другие свойства частиц.
Именно состав плазмы дал главную подсказку. Внутри крупного разворота выросла доля сильнее ионизированных атомов кислорода и углерода, а гелия относительно протонов стало меньше. Ионы сохраняют своеобразный химический отпечаток среды, где плазма находилась возле Солнца: при достаточно низкой плотности их зарядовые состояния перестают меняться даже после дальнейшего удаления от звезды. Измеренная комбинация указывает на горячие замкнутые магнитные петли в солнечной короне.
Затем исследователи сопоставили измерения Solar Orbiter с наблюдениями Солнца и рассчитали возможный путь магнитных силовых линий. Модель указала на два вероятных источника: границу большой корональной дыры либо магнитные петли внутри неё. Авторы отдельно предупреждают, что расчёты не позволяют назвать единственную точку рождения структуры, поэтому вывод опирается прежде всего на состав частиц, измеренный самим аппаратом.
Плазма могла выбраться из замкнутой петли благодаря магнитному пересоединению. Когда закрытая магнитная петля встречается с открытыми силовыми линиями, поле перестраивается, а прежде запертое солнечное вещество получает путь в космос. Авторы считают обменное пересоединение наиболее вероятным механизмом, который выпустил исследованную плазму из короны.
Но после выхода в космос магнитный изгиб, судя по измерениям, начал жить уже по другим правилам. Скорость протонов внутри структуры менялась примерно на 50 км/с, почти на местную альвеновскую скорость, а колебания скорости и магнитного поля соответствовали альвеновской волне. Авторы предполагают, что пересоединение выпускает плазму возле Солнца, а волны и турбулентность затем определяют, как магнитный разворот движется и меняется дальше. Наблюдения аппарата тем самым объединяют процессы, которые раньше рассматривали как два отдельных объяснения.
Solar Orbiter уже помог рассмотреть магнитные развороты снаружи. В 2022 году аппарат получил изображение S-образной структуры в солнечной короне и подтвердил форму, которую предсказывали модели. На этот раз зонд прошёл через сам разворот и прочитал историю плазмы по частицам внутри него, поэтому исследователи смогли проследить путь гораздо ближе к источнику.
Такие измерения нужны физикам для более общей загадки: почему солнечная корона нагрета до миллионов градусов и каким образом солнечный ветер получает энергию для разгона. Те же потоки плазмы и магнитного поля формируют космическую погоду вокруг Земли, поэтому более точная картина процессов возле Солнца в перспективе поможет лучше понимать события, способные влиять на спутники, связь и навигацию.
