На границе солнечной системы, на расстоянии всего 0,3 астрономических единицы от Земли, зонд Solar Orbiter зафиксировал Хелиосферический Текущие Лист (HCS) — крупнейшую структуру в нашей солнечной системе. Это своеобразное «солнечное магнитное поле» знаменует место, где солнечные магнитные полюса меняются местами. Новый отчет, подготовленный командой исследователей во главе с Кэи́чи Огасавара из Юго-западного исследовательского института (SwRI), дает наиболее ясное представление о составе этого гигантского образования. Ранее подобные исследования проводились лишь недалеко от Земли с помощью спутников, таких как SoHo и Wind.
Путешествие к сердцу HCS
Solar Orbiter пересек часть HCS 13 апреля 2023 года с включенными всеми его инструментами. Ключевую роль в сборе данных о частицах, составляющих HCS, сыграл датчик тяжелых ионов (SWA-HIS). Исследования показали, что данный участок выглядит не как простая магнитная линия, а скорее как многоуровенная магистраль, наполненная магнитными аномалиями и меняющимся давлением плазмы.
Одним из значительных открытий стали наблюдаемые электроны. Прежде чем аппарат достигнут основного тела HCS, он вошел в зону, где потоки быстрых электронов (так называемые «стралы») неожиданно останавливались. В это же время протоны в солнечном ветре перемещались со скоростью на 50 км/с выше, чем обычно. Эти два признака заставили ученых предположить, что данная область является фокусом магнитного рекомбинации, где магнитные линии Солнца «щелкают» и выбрасывают заряды плазмы.
Стабильность и изменения в составе
Несмотря на значительные изменения магнитного поля в HCS, соотношения тяжелых ионов углерода и кислорода оставались удивительно стабильными. Эти ионные вариации образуются близко к Солнцу, и когда ионы выбрасываются в солнечную систему с солнечным ветром, они достигают так называемой «высоты заморозки» — расстояния в 1-2 радиуса Солнца. В этот момент ионные соотношения фиксируются, поскольку атомы больше не могут легко захватывать или терять электроны. Solar Orbiter показал, что, несмотря на магнитный хаос в HCS, это не влияет на способность атомов захватывать или терять электроны, что позволяет ученым отслеживать соотношения обратно к их месту рождения.
Хотя соотношение ионов отдельного элемента оставалось стабильным, наблюдались заметные изменения в концентрациях различных элементов. В частности, исследователи отметили резкое падение соотношения железа и кислорода (Fe/O). Солнечный ветер обычно захватывает элементы с низким первым ионизационным потенциалом (FIP), но учитывая, что железо имеет низкий FIP, а кислород — высокий, солнечный ветер «игнорирует» кислород.
При приближении Solar Orbiter к центру HCS наблюдалось резкое снижение соотношения Fe/O, которое в конечном итоге стабилизировалось на уровне, близком к значению, наблюдаемому в фотосфере Земли, а не в типичном солнечном ветре. Это объясняется силой, которая может показаться неожиданной в контексте огромных магнитных структур — гравитацией. Тяжёлые ионы, такие как железо, задерживаются в закрытых магнитных петлях рядом с Солнцем на продолжительное время, что приводит к их «погружению» к Солнцу, прежде чем плазма, содержащая их, наконец, выбрасывается в космос.
Анализ температуры кислорода
В другой части исследования изучались температуры кислорода по сравнению с протонами в HCS. На расстоянии 0.3 а.е. кислороду еще не удалось прийти в равновесие температур с окружающими протонами, что делает замеры в этом районе бесценными для понимания его поведения в солнечной системе. Поскольку кислород примерно в 16 раз тяжелее протона, это соотносится с тем, что называется «супер-массовым пропорциональным пределом».
На протяжении HCS кислород испытывал многочисленные температурные всплески, превышающие этот предел. Интересно, что эти температурные всплески были положительно коррелированы с увеличением заряженного отношения O7+/O6+, но отрицательно — с соотношением заряда для углерода. Ученые полагают, что это избирательное нагревание кислорода вызывается волнами Альфвена, которые, как считается, сбрасывают свою энергию на специфические ионы (такие как кислород) перпендикулярно магнитному полю, в то время как альфа-частицы поглощают ту энергию, которую в противном случае могли бы захватить атомы углерода, фактически «лишая» последние температурного увеличения.
Мнение SpaceDiscover
Исследования, проведенные Solar Orbiter, показывают, насколько сложной является физика явлений, происходящих в солнечной короне и солнечном ветре. Отдельные находки о стабильности ионных соотношений и странных температурных колебаниях открывают новые горизонты для дальнейших исследований. Понимание этих процессов не только углубляет наше знание о Солнце, но и позволяет лучше оценить влияние солнечной активности на Землю и нашу жизнь.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
