Астрономы получили новые данные о сложной структуре магнитного поля Солнца благодаря анализу солнечных радиовсплесков. Исследование показало, что вблизи Солнца существуют скрытые магнитные структуры — так называемые switchbacks, или магнитные «переключения», которые могут играть важную роль в формировании солнечного ветра и космической погоды.
Солнце постоянно выбрасывает в межпланетное пространство поток заряженных частиц — солнечный ветер. Этот поток пронизывает всю Солнечную систему и напрямую влияет на состояние магнитосферы Земли, спутников, радиосвязи и навигационных систем. Однако механизм формирования солнечного ветра и поведение магнитных полей звезды до сих пор остаются одной из крупнейших проблем современной гелиофизики.
В новой работе ученые использовали данные солнечных радиовсплесков — мощных радиоимпульсов, возникающих при движении высокоэнергетических электронов через солнечную корону и межпланетную плазму. Такие электроны движутся вдоль магнитных линий поля и фактически «подсвечивают» структуру магнитной среды вокруг Солнца.
Особое внимание исследователи уделили радиовсплескам III типа. Они возникают, когда электроны, ускоренные солнечными вспышками, устремляются наружу вдоль открытых магнитных линий почти со скоростью света. Изменение характеристик этих всплесков позволяет определить, как устроены магнитные поля, через которые проходят частицы.
В ходе анализа ученые обнаружили признаки так называемых магнитных switchbacks — локальных разворотов магнитного поля. В таких областях направление поля резко меняется, словно магнитная линия изгибается назад. Подобные структуры ранее фиксировал космический аппарат Parker Solar Probe во время сближений с Солнцем, однако происхождение этих явлений оставалось предметом дискуссий.
Теперь исследователи получили дополнительные доказательства того, что switchbacks можно выявлять дистанционно по характеристикам радиоволн. Это важно, поскольку прямые измерения доступны лишь космическим аппаратам, проходящим очень близко к звезде, тогда как радионаблюдения позволяют отслеживать процессы на больших расстояниях.
По современным представлениям, магнитные switchbacks возникают в результате сложных процессов магнитного пересоединения. Это явление происходит, когда магнитные линии разрываются и соединяются заново, высвобождая огромные объемы энергии. Именно магнитное пересоединение считается одним из ключевых механизмов солнечных вспышек и корональных выбросов массы.
Солнечная магнитная активность имеет циклический характер. Примерно каждые 11 лет магнитное поле Солнца полностью меняет полярность, а количество солнечных пятен резко возрастает и затем снова уменьшается. Во время максимумов активности усиливается число вспышек, выбросов плазмы и радиовсплесков.
Ученые считают, что понимание структуры магнитных полей вблизи Солнца напрямую связано с прогнозированием космической погоды. Мощные солнечные выбросы способны вызывать геомагнитные бури на Земле, нарушать работу спутников, GPS, радиосвязи и энергосетей. В последние годы интерес к этой проблеме особенно вырос из-за зависимости современной инфраструктуры от космических технологий.
Исследования внутренней магнитной структуры Солнца активно развиваются сразу по нескольким направлениям. Одни группы изучают колебания солнечной поверхности — гелиосейсмологию, позволяющую «просвечивать» внутренние слои звезды. Другие анализируют радиоволны, рентгеновское излучение и данные солнечных зондов.
Недавно физики также сообщили, что смогли определить вероятное расположение солнечного динамо — области внутри Солнца, где формируются мощные магнитные поля. По их оценкам, этот регион находится примерно в 200 тысячах километров под поверхностью звезды.
Дополнительный интерес вызывает то, что магнитные switchbacks могут быть связаны с ускорением солнечного ветра. Некоторые модели предполагают, что именно подобные магнитные возмущения помогают переносить энергию из солнечной короны в поток частиц, уходящих в межпланетное пространство.
Современные космические миссии постепенно раскрывают все более сложную картину поведения Солнца. Например, аппарат Solar Orbiter недавно впервые передал изображения южного полюса звезды, где ученые обнаружили хаотичную структуру магнитных полей.
Новые результаты показывают, что радионаблюдения становятся одним из наиболее перспективных инструментов для изучения невидимых магнитных процессов возле Солнца. Радиовсплески позволяют отслеживать движение частиц, структуру плазмы и динамику магнитных линий в тех областях, куда пока не способны заглянуть телескопы в видимом диапазоне.
Фактически ученые начинают получать возможность строить своеобразные «карты» магнитной среды вокруг Солнца. Это особенно важно в эпоху растущей солнечной активности текущего цикла, когда количество вспышек и корональных выбросов остается повышенным.
Исследование также подтверждает, что солнечная корона представляет собой чрезвычайно динамичную среду, где магнитные поля непрерывно меняются, взаимодействуют и перераспределяют энергию. Многие процессы там происходят за секунды или минуты, однако их последствия могут ощущаться на расстоянии сотен миллионов километров — вплоть до Земли.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
