NASA’nın Parker Güneş Sondası Hızlı Güneş Rüzgarına Daldı ve Gizemli Kaynağını Keşfetti

NASA’nın Parker Solar Probe probu, gizli tanecikli özellikleri görmek için güneşin yüzeyine yeterince yaklaştı.

NASA’nın Parker Güneş Sondası (PSP), güneş rüzgarının güneş yüzeyinde üretildiği yere yakın ince yapısını tespit etmek için güneşe yeterince yakın uçtu ve rüzgar koronadan tek tip bir patlama olarak çıkarken kaybolan ayrıntıları ortaya çıkardı. yüklü parçacıklar.

Bu, yüzünüze çarpan su patlamasıyla duş başlığından fışkıran su jetlerini görmek gibi.

Dergide 7 Haziran’da yayınlanan bir makalede DoğaBerkeley’deki California Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Stuart D. Bale ve Maryland-College Park Üniversitesi’nden James Drake liderliğindeki bilim adamlarından oluşan bir ekip, PSP’nin yüksek enerjili parçacık akışları saptadığını bildirdi. süpergranülasyon koronal delikler içinde akar, bu da bunların sözde “hızlı” güneş rüzgarının kaynaklandığı bölgeler olduğunu düşündürür.

Koronal delikler, manyetik alan çizgilerinin yüzeyden içe doğru dönmeden çıktığı, böylece dışa doğru genişleyen ve güneşin etrafındaki boşluğun çoğunu dolduran açık alan çizgileri oluşturan alanlardır. Bu delikler genellikle güneşin sessiz olduğu dönemlerde kutuplarda bulunur, bu nedenle ürettikleri hızlı güneş rüzgarı Dünya’ya çarpmaz. Ancak güneş her 11 yılda bir manyetik alanı değiştikçe aktif hale geldiğinde, bu delikler tüm yüzeyde belirerek doğrudan Dünya’yı hedef alan güneş rüzgarı patlamaları oluşturuyor.

Sanatçının güneşe yaklaşan Parker Solar Probe uzay aracı konsepti. 2018’de başlatılan sonda, Dünya’daki yaşamı etkileyen büyük uzay-hava olaylarını tahmin etme yeteneğimizi artırıyor. Kredi: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

Güneş rüzgarının nasıl ve nereden kaynaklandığını anlamak, Dünya’da güzel auroralar üretirken aynı zamanda uyduları ve elektrik şebekesini de mahvedebilecek güneş fırtınalarını tahmin etmeye yardımcı olacaktır.

Drake, “Rüzgarlar, güneşten Dünya’ya pek çok bilgi taşır, bu nedenle güneş rüzgarının arkasındaki mekanizmayı anlamak, Dünya’daki pratik nedenlerle önemlidir.” Dedi. “Bu, güneşin nasıl enerji saldığını ve iletişim ağlarımız için bir tehdit oluşturan jeomanyetik fırtınaları nasıl yönlendirdiğini anlama yeteneğimizi etkileyecek.”

Ekibin analizine göre, koronal delikler, manyetik alan çizgilerinin güneşin yüzeyine girip çıktığı parlak noktalardan çıkan kabaca eşit aralıklı jetlerle duş başlıkları gibidir. Bilim adamları, zıt yönlü manyetik alanların, 18.000 mil çapında olabilen bu hunilerde birbirini geçtiğinde, alanların genellikle kırılıp yeniden bağlanarak, yüklü parçacıkları güneşten fırlattığını savunuyorlar.

Bale, “Fotosfer, kaynayan bir su kabındaki gibi konveksiyon hücreleriyle kaplıdır ve daha büyük ölçekli konveksiyon akışına süper granülasyon denir” dedi. “Bu süpergranülasyon hücrelerinin buluştuğu ve aşağı indiği yerde, yollarındaki manyetik alanı bu aşağı doğru huniye sürüklerler. Manyetik alan orada çok yoğunlaşıyor çünkü sadece sıkışmış durumda. Bu bir çeşit manyetik alan kepçesinin bir kanala inmesi gibi. Ve o küçük olukların, o hunilerin uzamsal ayrımı, şu anda güneş sondası verileriyle gördüğümüz şey.”

Araştırmacılar, PSP’nin tespit ettiği son derece yüksek enerjili bazı parçacıkların (güneş rüzgar ortalamasından 10 ila 100 kat daha hızlı hareket eden parçacıklar) varlığına dayanarak, rüzgarın yalnızca manyetik yeniden bağlanma adı verilen bu işlemle yapılabileceği sonucuna varıyor. PSP, güneş rüzgarını oluşturan yüksek enerjili parçacıkların kökenine ilişkin çelişkili iki açıklamayı çözmek için 2018’de piyasaya sürüldü: manyetik yeniden bağlanma veya plazma veya Alfvén dalgaları.

Bale, “Büyük sonuç, hızlı güneş rüzgarının enerji kaynağını sağlayan şeyin bu huni yapıları içindeki manyetik yeniden bağlantı olmasıdır” dedi. “Bir koronal deliğin her yerinden gelmiyor, koronal deliklerin içinde bu süpergranülasyon hücrelerine altyapı oluşturuyor. Konveksiyon akışlarıyla ilişkili olan bu küçük manyetik enerji demetlerinden gelir. Sonuçlarımızın, bunu yapan şeyin yeniden bağlantı olduğuna dair güçlü kanıtlar olduğunu düşünüyoruz.”

Huni yapıları muhtemelen Dünya’dan koronal delikler içinde görülebilen parlak jetciklere karşılık gelir: yakın zamanda bildirildi Çalışmanın ortak yazarlarından Nour Raouafi ve Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı’nda Parker Solar Probe proje bilimcisi tarafından. APL, uzay aracını tasarladı, inşa etti, yönetti ve işletti.

güneşe dalmak

Güneş rüzgarı, Güneş’ten 93 milyon mil uzaktaki Dünya’ya ulaştığında, Dünya’nın kendi manyetik alanıyla etkileşime giren ve elektrik enerjisini üst atmosfere boşaltan yüklü parçacıklarla iç içe geçmiş homojen, çalkantılı bir manyetik alan akışına dönüştü. Bu, atomları heyecanlandırarak kutuplarda renkli auroralar üretir, ancak Dünya’nın atmosferine damlayan etkileri vardır. Güneş fırtınaları adı verilen en yoğun rüzgarları ve bunların Dünya’ya yakın sonuçlarını tahmin etmek, NASAPSP’yi finanse eden Living With a Star programı.

Sonda, bu türbülanslı rüzgarın güneş yüzeyinin veya fotosferin yakınında üretildiği yerde nasıl göründüğünü ve rüzgarın yüklü parçacıklarının – protonlar, elektronlar ve başta helyum çekirdeği olmak üzere daha ağır iyonlar – güneşin yerçekiminden kaçmak için nasıl hızlandırıldığını belirlemek için tasarlandı.

Bunu yapmak için PSP’nin 25 ila 30 güneş yarıçapına, yani yaklaşık 13 milyon milden daha yakına yaklaşması gerekiyordu.

Bale, “25 veya 30 güneş yarıçapı gibi bu yüksekliğin altına indiğinizde, güneş rüzgarının evrimi çok daha az olur ve daha yapılandırılmıştır – güneşte olanların izlerini daha çok görürsünüz” dedi.

2021’de PSP’nin cihazları, Alfvén dalgalarında güneş rüzgarının üretildiği bölgelerle ilişkili gibi görünen manyetik alan geri dönüşlerini kaydetti. Sonda, güneş yüzeyinden yaklaşık 12 güneş yarıçapına – 5,2 milyon mil – ulaştığında, veriler, sondanın sadece türbülanstan ziyade malzeme jetlerinden geçtiğini açıktı. Bale, Drake ve meslektaşları, bu jetlerin izini fotosferdeki manyetik alanların bir araya toplandığı ve güneşe doğru aktığı süpergranülasyon hücrelerine kadar takip ettiler.

Ancak bu hunilerdeki yüklü parçacıklar, parçacıkları dışarıya doğru fırlatan manyetik yeniden bağlanmayla mı, yoksa sanki bir dalgada sörf yapıyormuş gibi güneşten dışarı akan sıcak plazma – iyonize parçacıklar ve manyetik alan – dalgalarıyla mı hızlandırılıyordu?

PSP’nin bu jetlerde son derece yüksek enerjili parçacıklar (onlarca yüzlerce kiloelektron volt (keV) ve çoğu güneş rüzgarı parçacığı için birkaç keV) saptaması gerçeği, Bale’e parçacıkları hızlandıran ve oluşturan manyetik yeniden bağlanma olması gerektiğini söyledi. Parçacıklara muhtemelen ekstra bir destek veren Alfvén dalgaları.

Bale, “Bizim yorumumuz, bu yeniden bağlantı çıkışı jetlerinin, dışarı çıktıkça Alfvén dalgalarını harekete geçirdiğidir” dedi. “Bu, Dünya’nın manyeto kuyruğundan da iyi bilinen bir gözlem, benzer türde süreçlere sahipsiniz. Dalga sönümlemenin yüzlerce keV’ye kadar bu sıcak parçacıkları nasıl üretebildiğini anlamıyorum, halbuki bu yeniden bağlanma sürecinden doğal olarak geliyor. Bunu simülasyonlarımızda da görüyoruz. ”

PSP, aletlerini yakmadan güneşe yüzeyden yaklaşık 8,8 güneş yarıçapından (yaklaşık 4 milyon mil) daha fazla yaklaşamaz. Bale, ekibin vardığı sonuçları bu irtifadan elde edilen verilerle sağlamlaştırmayı umuyor, ancak etkinlik çok daha kaotik hale geldiğinde ve bilim adamlarının görüntülemeye çalıştığı süreçleri belirsizleştirdiğinde, güneş artık solar maksimuma giriyor.

Bale, “Güneş sondası görevinin başlangıcında, bu şeyi güneş döngüsünün en sessiz, en donuk kısmına fırlatacağımız konusunda biraz şaşkınlık vardı” dedi. “Ama bence o olmasaydı, bunu asla anlayamazdık. Çok dağınık olurdu. Güneş enerjisi minimumunda başlattığımız için şanslı olduğumuzu düşünüyorum.”

Referans: “Koronal delikler içindeki hızlı güneş rüzgarının kaynağı olarak kavşak yeniden bağlantısı”, SD Bale, JF Drake, MD McManus, MI Desai, ST Badman, DE Larson, M. Swisdak, TS Horbury, NE Raouafi, T. Phan, M. Velli, DJ McComas, CMS Cohen, D. Mitchell, O. Panasenco ve JC Kasper, 7 Haziran 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-05955-3