Уперше науковці виконали майже щоденні вимірювання глобального магнітного поля корони Сонця. Досі його спостерігали лише нерегулярно. Результати спостережень дають цінну інформацію про процеси, що спричиняють інтенсивні сонячні спалахи, які впливають на фундаментальні технології, а отже, на життя та засоби для існування тут, на Землі.

Аналіз даних, зібраних протягом восьми місяців за допомогою приладу під назвою Модернізований корональний багатоканальний поляриметр (Upgraded Coronal Multi-channel Polarimeter, UCoMP), оприлюднено в Science.

Сонячне магнітне поле — основна рушійна сила сонячних спалахів, які можуть становити загрозу для електромереж, систем зв’язку та космічних технологій, як-от GPS. Однак наша здатність зрозуміти, як магнітне поле накопичує енергію та викидає її, була обмежена проблемою спостереження за ним у сонячній короні, тобто верхніх шарах атмосфери Сонця.

Вимірювання магнетизму корони за допомогою стандартних поляриметричних методів зазвичай вимагає великого, дорогого обладнання, яке нині дає змогу вивчати лише невеликі сегменти корони.

Однак поєднання методу корональної сейсмології та спостережень за допомогою UCoMP дає змогу дослідникам отримувати послідовні та всеосяжні уявлення про магнітне поле глобальної корони Сонця, яку можна побачити під час сонячного затемнення.

«Глобальне картографування магнітного поля корони було суттєвою відсутньою частиною у вивченні Сонця», — сказав Цзихао Янґ (Zihao Yang), головний автор дослідження, який виконував його як доктор філософії Пекінського університету (Китай), а нині він докторант у Національному центрі атмосферних досліджень Національного наукового фонду США (U.S. National Science Foundation National Center for Atmospheric Research, NSF NCAR).

«Це дослідження допомагає нам заповнити важливу прогалину в нашому розумінні корональних магнітних полів, які є джерелом енергії для спалахів, які можуть вплинути на Землю».

До складу міжнародної групи входять дослідники з Нортумбрійського університету (Великобританія), NSF NCAR, Пекінського університету та Мічиганського університету. Прилад UCoMP належить NSF NCAR і міститься в Сонячній обсерваторії Мауна-Лоа.

Оновлений інструмент

Хоча науковці могли регулярно вимірювати магнітне поле на поверхні Сонця, відомій як фотосфера, тривалий час було важко виміряти набагато слабше магнітне поле корони. Це обмежило глибше розуміння тривимірної структури та еволюції магнітного поля корони, де назрівають сонячні спалахи.

Для вимірювання магнітного поля в глибину корони потрібні великі телескопи, такі як Сонячний телескоп Данієла Кена Іноуї (Daniel K. Inouye Solar Telescope, DKIST) Національного наукового фонду США. Діаметр головного дзеркала цього телескопа становить 4 метри. DKIST є найбільшим у світі сонячним телескопом, який нещодавно продемонстрував свою новаторську здатність виконувати докладні спостереження коронального магнітного поля.

Однак DKIST не може нанести на мапу все Сонце відразу. Менший прилад UCoMP насправді краще підходить для створення глобальної картини магнітного поля корони, хоча й з нижчою роздільною здатністю та у двовимірній проєкції. Отже, спостереження, виконані за допомогою цих двох інструментів, доповнюють цілісне уявлення про корональне магнітне поле.

UCoMP — це найперше коронограф, інструмент, в якому застосовано екран, щоб блокувати світло від Сонця, як при затемненні, що полегшує спостереження за короною. Він також поєднує поляриметр Стокса, який надає іншу спектральну інформацію, таку як інтенсивність корональних ліній і доплерівська швидкість.

Незважаючи на те, що UCoMP має набагато меншу апертуру (20 см), він здатний отримувати ширший огляд, що дає змогу вивчати все Сонце протягом багатьох днів.

Дослідники застосували метод під назвою корональна сейсмологія для відстеження магнітогідродинамічних (magnetohydrodynamic, MHD) поперечних хвиль у даних від UCoMP. Ці хвилі дали науковцям інформацію, завдяки якій вони створили двовимірну мапу сили та напрямку магнітного поля корони.

У дослідженні, виконаному в 2020 р., науковці використовували попередник UCoMP і метод корональної сейсмології для створення першої мапи глобального магнітного поля корони. Це був вирішальний крок до подальших рутинних його вимірювань. UCoMP має розширені можливості, що дозволяє виконувати докладніші, планові вимірювання.

Під час спостережень з UCoMP дослідницька група створила 114 мап магнітного поля в період з лютого по жовтень 2022 року, або по одній майже через день. «Ми вступаємо в нову еру досліджень сонячної фізики, коли ми можемо регулярно вимірювати корональне магнітне поле», — сказав Янґ.

Завершення картини

Спостереження також дали змогу виконати перші вимірювання коронального магнітного поля в полярних областях. Полюси Сонця ніколи не спостерігали прямо, оскільки диск Сонця поблизу полюсів ховає його від нашого зору з поверхні Землі.

Хоча дослідники не спостерігали прямо області довкола полюсів, вони вперше змогли виконати вимірювання магнетизму, який там існує. Частково це сталося завдяки покращенню якості даних, отриманих від UCoMP, і тому, що Сонце було близько максимуму активності. Зазвичай слабкі випромінювання з ділянок навколо полюсів були набагато сильнішими, що полегшило отримання результатів вимірювання коронального магнітного поля в полярних регіонах.

Будучи докторантом у NSF NCAR, Янґ продовжить дослідження магнітного поля Сонця; він сподівається покращити наявні моделі корони, які базуються на вимірюваннях фотосфери. Оскільки поточний метод, який «працює» в поєднанні з UCoMP, обмежений двома вимірами, він все ще не дає змоги реєструвати повне тривимірне магнітне поле.

Ян і його колеги сподіваються поєднати свої дослідження з іншими методами, щоб отримати глибше розуміння повного вектора магнітного поля в короні Сонця.

Третій вимір магнітного поля, орієнтований уздовж лінії зору спостерігача, має особливе значення для розуміння того, як корона накопичує енергію, що призводить до викиду сонячної речовини.

Зрештою, поєднання можливостей великого телескопа та максимально великого поля зору потрібне для вимірювання всіх конфігурацій магнітного поля, що стоять за такими явищами, як викиди корональної маси. Це мотивація для створення Обсерваторії сонячного магнетизму корони (Coronal Solar Magnetism Observatory, COSMO), сонячного рефрактора діаметром 1,5 метра, який нині перебуває на етапі остаточного проєктування.

«Оскільки магнетизм корони — це сила, яка спрямовує масу від Сонця до планетної системи, ми маємо спостерігати її в 3D — і скрізь одночасно, по всій глобальній короні», — сказала Сара Ґібсон (Sarah Gibson), керівник розробки COSMO, науковець NSF NCAR і співавтор дослідження.

«Робота Янґа є величезним кроком вперед у нашій здатності зрозуміти, як глобальне магнітне поле корони Сонця змінюється день у день. Це має вирішальне значення для нашої здатності краще передбачати сонячні спалахи та готуватися до них. Адже вони стають більшою небезпекою для нашого все більш технологічно залежного життя тут, на Землі».

За інф. з сайту https://phys.org