Используя объединённые возможности космических аппаратов, разбросанных по всей Солнечной системе, учёные составили самую подробную на сегодняшний день карту границы, за которой магнитное поле Солнца больше не ускоряет солнечный ветер.
Она называется поверхностью Альвена (или критической поверхностью Альвена). Это граница в атмосфере звезды, например Солнца, которая отделяет область короны, где плазма связана с магнитным полем звезды (и распространяются альвеновские волны), от области, где плазма начинает ускоряться и вырываться наружу, формируя солнечный ветер. Это место, где скорость движения плазмы (скорость солнечного ветра) становится равной альвеновской скорости (скорости распространения волн Альвена).
Исследователи нанесли на карту не только её форму, но и то, как эта форма эволюционировала в течение первой половины 25-го солнечного цикла — текущего цикла солнечной активности, в котором активность солнечных пятен, вспышек и корональных выбросов массы достигает пика, а затем снижается в течение 11 лет.
Впервые эта изменяющаяся структура была непрерывно реконструирована на основе измерений, полученных с помощью нескольких космических аппаратов, что дало важную информацию для понимания раскалённой атмосферы Солнца.
«Данные зонда Parker Solar Probe, полученные из глубин под поверхностью Альвена, могут помочь ответить на важные вопросы о короне Солнца, например, почему она такая горячая, — говорит астрофизик Сэм Бадман из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики (CfA), первый автор исследования. — Но чтобы ответить на эти вопросы, нам сначала нужно точно знать, где находится граница».
Астрофизическая граница обычно определяется как точка, в которой меняются физические законы, определяющие поведение данной области. В случае поверхности Альвена — границы, о которой учёные знают уже несколько десятилетий, — это точка невозврата, в которой магнитное влияние Солнца ослабевает настолько, что волны солнечного материала больше не могут распространяться обратно к Солнцу, а вытекающий солнечный ветер больше не связан магнитно с Солнцем.
Солнечный ветер — это поток частиц, постоянно утекающих с Солнца и распространяющихся по Солнечной системе. Хотя он может улетучиваться из-под поверхности Альвена, эта поверхность является границей, на которой ветер переходит от магнитно-направленного потока к свободному вытеканию.
То, как эта граница вспенивается и вздымается, расширяется и сжимается, влияет на её взаимодействие с Землёй и другими планетами, играя ключевую роль в космической погоде, которая может повлиять на технологии связи, энергосети и работу спутников в нашем мире.
Кроме того, Солнце — единственная звезда во всей Вселенной, для которой у нас есть инструменты, позволяющие непосредственно измерить поверхность Альвена. А точнее, один инструмент — зонд Parker Solar Probe.
С 2021 года Parker неоднократно погружался ниже поверхности Альвена, отправляя на Землю данные, которые, как теперь определили учёные, представляют собой однозначную выборку субальвеновской динамики.
Исследователи изучили данные, собранные зондом во время перигелических встреч: смелые погружения вглубь солнечной атмосферы. Они сопоставили эти данные с наблюдениями Solar Orbiter, который изучает Солнце с более безопасного расстояния, а также с тремя космическими аппаратами, находящимися в точке Лагранжа L1, гравитационно стабильной области между Землёй и Солнцем, созданной конкурирующим гравитационным взаимодействием между двумя телами в сочетании с центростремительными силами.
Эти три космических аппарата предоставили данные о скорости, плотности, температуре и магнитном поле вытекающего солнечного ветра.
