O krok bliżej do rozwiązania tajemnicy Słońca. Naukowcy badają miejsce, w którym rodzi się wiatr słoneczny

W tym artykule:

1. Co to jest korona słoneczna?
2. Skąd się bierze wiatr słoneczny
3. Sieć plazmy wokół Słońca
4. Jak sieć wokół Słońca wpływa na wiatr słoneczny
5. Jak uczeni łączą dane dotyczące Słońca

– Po raz pierwszy udało się uzyskać tak wysokiej jakości dane, które w pełni łączą nasze obserwacje Słońca i heliosfery w jeden system – napisał w specjalnym oświadczeniu Dan Seaton, heliofizyk z Southwest Research Institute w Kolorado (SwRI).

To także jeden z autorów badania opublikowanego w czasopiśmie naukowym „Nature Astronomy”. Praca jest wynikiem rozpoczętych w ubiegłym roku badań środkowej części korony słonecznej.

Co to jest korona słoneczna?

Czym jest korona słoneczna? To rozciągająca się na miliony kilometrów zewnętrzna warstwa atmosfery słonecznej. Jest dostrzegalna nieuzbrojonym okiem tylko podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Czyli wtedy, gdy Księżyc zasłania tarczę gwiazdy i blokuje większość światła słonecznego.

Same obserwacje tego typu są trudne. Na dodatek środkowa korona, która znajduje się około milion kilometrów nad powierzchnią Słońca, jest najmniej monitorowanym regionem atmosfery słonecznej.

Budowa Słońca: narodziny i śmierć naszej najbliższej gwiazdy. Co się stanie ze Słońcem w przyszłości?

Jak wygląda budowa Słońca? Jest ono prawie idealną kulą gorącej plazmy, utrzymywaną przez grawitację i kształtowaną przez pole magnetyczne. A chociaż trzy czwarte jego masy stanowi lekki...

Ale w sierpniu 2021 roku naukowcy ogłosili rozpoczęcie pierwszych w swoim rodzaju obserwacji środkowej korony, które były prowadzone w ekstremalnym ultrafiolecie. Korzystając z zaawansowanych instrumentów o rozszerzonym polu widzenia, badacze odkryli, że środkowa korona, czyli obszar źródłowy wiatru słonecznego, jest niezwykle dynamiczna. Jest to pierwszy kompleksowy wgląd w genezę tego ważnego zjawiska, które wpływa na każdą planetę w Układzie Słonecznym.

Skąd się bierze wiatr słoneczny

– W temacie mechanizmu powstawania wiatru słonecznego jesteśmy, ogólnie rzecz biorąc, nadal na poziomie zrozumienia, jaki przedstawił Eugene Parker w połowie lat 50. ubiegłego wieku – mówi dr Tomasz Mrozek, heliofizyk z Zakładu Fizyki Słońca Centrum Badań Kosmicznych PAN. Analizując równowagę hydrodynamiczną w koronie, przy założeniu stałej temperatury, Eugene Parker opisał wiatr słoneczny i zdefiniował obszary, z których cząstki mogą uciekać w przestrzeń międzyplanetarną.

– Taki obszar rozciąga się gdzieś w średniej koronie, na wysokości od 1 do 6 promieni Słońca. Obecnie wiemy już, że podejście Parkera było genialne, choć niezwykle uproszczone. Środkowa korona jest obszarem niezwykle dynamicznym, niejednorodnym temperaturowo. Zachodzi w nim nieustające przebudowywanie pól magnetycznych, co wpływa na wiatr słoneczny – tłumaczy dr Mrozek.

Sieć plazmy wokół Słońca

Najnowsze obserwacje w połączeniu z danymi z sond kosmicznych i z modeli komputerowych ujawniły coś nowego. To złożona sieć plazmy i pól magnetycznych w środkowej koronie.

Międzynarodowy zespół naukowców przeanalizował dane z miesięcznej kampanii obserwacyjnej za pomocą Solar Ultraviolet Imager (SUVI), instrumentu umieszczonego na satelicie pogodowym NOAA GOES-17. Rozszerzone pole widzenia satelity uchwyciło obrazy nie tylko centrum Słońca, ale także jego boków, zapewniając niezwykły wgląd w strukturę i ewolucję tego regionu.

Korzystając z tych danych, zespół prześledził parę plam słonecznych. Ze względu na niższą od otoczenia temperaturę wydają się one ciemne. Pokazują też, gdzie pole magnetyczne Słońca jest otwarte na przestrzeń kosmiczną. W okolicach plam, w tzw. obszarach aktywnych, dochodzi do wyrzutów materii i pola magnetycznego.

Kiedy plamy pojawiły się na wschodnich i zachodnich krańcach Słońca, naukowcy odkryli, że środkowa korona jest wysoce ustrukturyzowaną siecią koronalną. Określili ją mianem „S-web”.

Jak sieć wokół Słońca wpływa na wiatr słoneczny

Ta złożona sieć składa się z namagnesowanych struktur plazmy, które nieustannie oddziałują na siebie i ponownie się łączą. Naukowcy zaobserwowali ten mechanizm w działaniu, gdy wywołał strumienie wiatru słonecznego nad siecią koronalną.

– Przedstawiony tutaj obraz jest jedną z pierwszych prób obserwacji korony średniej. Podsumowując, w koronie średniej dochodzi do uwalniania cząstek, które tworzą wiatr słoneczny. Jednak dokładne mechanizmy przyspieszania cząstek i struktury obszaru przyspieszania lub uwalniania są jeszcze bardzo dalekie od zrozumienia – podsumowuje dr Mrozek. I dodaje, że opublikowane w „Nature Astronomy” obserwacje wpisują się w szeroko zakrojone obserwacje naszej centralnej gwiazdy.

Jak uczeni łączą dane dotyczące Słońca

– Mamy już także obserwacje z Solar Orbitera. Niedługo poleci w kosmos eksperyment PROBA3, który jest ukierunkowany na obserwacje korony słonecznej. Zespół Fizyki Słońca i reszta CBK PAN jest zaangażowana w obie misje. To oznacza, że zawsze będziemy jednymi z pierwszych, którzy uzyskają dostęp do nowych danych – mówi dr Mrozek.

Na granicy Układu Słonecznego odkryto dziwne „zmarszczki”. Co to może być?

Otaczająca Układ Słoneczny heliosfera może dynamicznie zmieniać swój kształt. Te zmiany są tak znaczące, że mierzy się je w dziesiątkach jednostek astronomicznych, ustalili naukowcy. Sk...

Ale wyniki badania w ultrafiolecie są wstępem do misji obserwatorium kosmicznego NASA PUNCH, czyli Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere. Ta dwuletnia misja, której start zaplanowany jest na 2023 rok, ma wykorzystać obrazowanie 3D do uchwycenia zewnętrznej korony słonecznej i najbliższego jej regionu Układu Słonecznego. Ma to umożliwić lepsze zrozumienie, w jaki sposób korona generuje wiatr słoneczny.

Źródła: Nature Astronomy, SwRI.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.