Parker Solar Probe, hızlı güneş rüzgarına doğru uçar ve kaynağını bulur

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 yayınlanacak bir yazıda 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.

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 tür bir huniye doğru sürüklerler. Manyetik alan orada çok yoğunlaşır çünkü sadece sıkışır. Bir tür manyetik alan kepçesi bir kanala iniyor. … Ve o küçük kanalların, o hunilerin mekansal ayrımı, şu anda güneş sondası verileriyle gördüğümüz şey.”

Araştırmacılar, PSP’nin tespit ettiği son derece yüksek enerjili bazı parçacıkların (güneş rüzgarı 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, 2018’de öncelikle güneş rüzgarını oluşturan yüksek enerjili parçacıkların kökenine ilişkin çelişkili iki açıklamayı çözmek için başlatıldı: manyetik yeniden bağlanma veya plazma veya Alfvén dalgaları ile hızlanma.

Bale, “Büyük sonuç, hızlı güneş rüzgarının enerji kaynağını sağlayan bu huni yapıları içindeki manyetik yeniden bağlantıdır.” Dedi. “Bir koronal deliğin her yerinden gelmiyor, koronal deliklerin içinde bu süper granülasyon hücrelerine altyapı oluşturuyor. Konveksiyon akışlarıyla ilişkili bu küçük manyetik enerji demetlerinden geliyor. Sonuçlarımızın güçlü kanıtlar olduğunu düşünüyoruz. bunu yapan şeyin yeniden bağlantı olduğunu.”

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, NASA’nın Living With a Star programının bir görevidir.

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, “Bu yüksekliğin, 25 veya 30 güneş yarıçapının altına indiğinizde, güneş rüzgarının evrimi çok daha az olur ve daha yapılandırılmıştır – güneşte olanların izlerini daha fazla 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 yalnızca 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 hunilerde yüklü parçacıklar, parçacıkları dışarıya doğru fırlatan manyetik yeniden bağlanmayla mı, yoksa sanki bir dalgada sörf yapıyormuş gibi güneşten dışarı akan sıcak plazma dalgalarıyla mı (iyonize parçacıklar ve manyetik alanla) hızlandırılıyordu?

PSP’nin bu jetlerde son derece yüksek enerjili parçacıklar saptadığı gerçeği (çoğu güneş rüzgarı parçacığı için birkaç keV’ye karşı onlarca ila yüzlerce kiloelektron volt (keV)), Bale’e parçacıkları hızlandıran ve oluşturan manyetik yeniden bağlantı 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, benzer süreçlere sahip olduğunuz Dünya’nın manyeto kuyruğundan da iyi bilinen bir gözlem. Dalga sönümlemenin bu sıcak parçacıkları yüzlerce keV’ye kadar nasıl üretebildiğini anlamıyorum, oysa doğal olarak yeniden bağlanma sürecinden geliyor. . Ve bunu simülasyonlarımızda da görüyoruz.”

PSP, aletlerini kızartmadan 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.”