Datele obținute în timpul apropierii maxime a sondei NASA de Pământ permit oamenilor de știință să măsoare procesele din atmosfera stelei noastre și să îmbunătățească prognozarea vremii spațiale.
Cuprins
Soarele nu este niciodată nemișcat. Din atmosfera sa exterioară apare constant un flux de particule încărcate, care traversează întregul sistem solar și formează mediul spațial al planetelor.
Acest flux, cunoscut sub numele de vânt solar , afectează sateliții, mijloacele de comunicații, navigația aeriană și sistemele electrice de pe Pământ.
În ciuda importanței sale, originea și procesul de încălzire au rămas până acum mistere cheie. Acum, noile măsurători obținute cu ajutorul sondei spațiale Parker a NASA ne permit să observăm acest proces într-o zonă a spațiului care, cu câțiva ani în urmă, era inaccesibilă științei.
Grupul de cercetători condus de Universitatea din Arizona a analizat datele colectate în timpul apropierii maxime a sondei de Soare și a reușit să măsoare cu un nivel de detaliu fără precedent dinamica stratului de gaz fierbinte în care se naște vântul solar.
Rezultatele, publicate în revista Geophysical Research Letters , oferă informații fundamentale despre mișcarea energiei și materiei în heliosferă — balonul cosmic în care predomină activitatea solară și care se întinde dincolo de orbitele planetelor.
„Una dintre întrebările care ne preocupă, ca societate tehnologică avansată, este influența Soarelui, steaua cu care trăim, asupra noastră”, a explicat Christopher Klein, profesor asociat la Laboratorul de Cercetări Lunare și Planetare al Universității Alberta și coordonator al studiului. Studiul leagă procesele fizice microscopice de efectele macroscopice care se propagă până la Pământ.
În timpul unor fenomene extreme , cum ar fi erupțiile coronale de masă, Soarele eliberează în spațiu o cantitate enormă de particule încărcate și energie.
Atunci când aceste particule interacționează cu câmpul magnetic al Pământului, ele pot perturba funcționarea sateliților, crea interferențe în comunicațiile radio și crește doza de radiații la care sunt expuși pasagerii zborurilor către regiunile polare. Înțelegerea originii și evoluției acestor particule este esențială pentru a putea prevedea impactul lor.
„Dacă vom reuși să înțelegem mai bine atmosfera Soarelui, prin care se deplasează aceste particule energetice, vom îmbunătăți capacitatea noastră de a prevedea modul în care aceste erupții solare se vor răspândi efectiv în sistemul solar și, în cele din urmă, vor ajunge la Pământ și, eventual, se vor ciocni cu acesta”, a spus Klein.
Atmosfera solară este mai complexă decât pare la prima vedere.
Deși Soarele nu are o suprafață solidă, oamenii de știință îi descriu structura din perspectiva straturilor separate. În nucleu, fuziunea nucleară transformă hidrogenul în heliu și eliberează energia care alimentează întreaga activitate solară. Deasupra acestuia se află mai multe straturi, inclusiv fotosfera vizibilă, unde apar petele solare, și cromosfera — o zonă subțire și turbulentă din care apar erupțiile solare.
În spatele acesteia se află coroana — o înveliș difuz din plasmă, care devine vizibilă doar în timpul eclipselor solare totale. Această zonă reprezintă una dintre cele mai mari enigme ale fizicii solare. Pe măsură ce plasma se ridică din măruntaiele planetei, temperatura acesteia scade de la milioane de grade la aproximativ 10.000 de grade Fahrenheit în fotosferă . Cu toate acestea, în coroană, temperatura crește din nou, depășind două milioane de grade.
Acest comportament neobișnuit i-a pus pe heliofizicieni în impas timp de decenii. Câmpurile magnetice intense și dinamice ale Soarelui joacă un rol central în acest proces, îndoindu-se, răsucindu-se și reconectându-se în moduri complexe. Până acum, modelele ofereau doar aproximări indirecte.
O abordare fără precedent
Lansată în 2018, sonda spațială Parker Solar Probe a schimbat această situație. Datorită traiectoriei sale, care a inclus șapte manevre gravitaționale cu Venus , sonda a pătruns în atmosfera solară mai adânc decât orice altă misiune. În ajunul Crăciunului 2024, a atins cea mai mare apropiere de Soare, aflându-se la doar 3,8 milioane de mile de suprafața acestuia.
Din acest punct de observație extrem, Parker a măsurat direct proprietățile plasmei și ale particulelor care alcătuiesc vântul solar în zona sursei sale. Pentru prima dată, oamenii de știință au putut studia distribuția vitezelor particulelor încărcate într-un mediu în care coliziunile sunt rare și nu se atinge echilibrul termic.
„Știm că o anumită cantitate de căldură se adaugă constant vântului solar și vrem să înțelegem ce mecanisme provoacă de fapt această încălzire”, a spus Klein. Noile observații ne permit să trecem de la modele simplificate la descrieri bazate pe date reale.
Înainte de experimentul lui Parker, cercetătorii descriau încălzirea vântului solar folosind o distribuție idealizată a particulelor. Acum, măsurătorile arată structuri mult mai complexe, cu dezechilibre care modifică modul de transfer și dispersie a energiei.
Plasme în stare de dezechilibru
Rezultatele arată că vântul solar nu se comportă ca un gaz obișnuit. Așa cum au descris în detaliu oamenii de știință în articol:
„Gazele ionizate fierbinți, cunoscute și sub numele de plasmă, adesea nu suferă suficiente coliziuni pentru a atinge echilibrul termic. Dezechilibrul în distribuția vitezelor particulelor în aceste sisteme modifică comportamentul colectiv al undelor”.
Un grup de cercetători a analizat datele unuia dintre instrumentele de plasmă ale lui Parker, capabil să măsoare vântul solar la o distanță de până la șapte milioane de kilometri de suprafața Soarelui . În această regiune apar adesea structuri dezechilibrate, care provoacă diverse efecte.
„Am examinat exemple ale acestor schimbări, utilizând măsurătorile unuia dintre instrumentele de plasmă de la bordul navei spațiale Parker Solar Probe, care măsoară vântul solar la o distanță de până la 7 milioane de kilometri de suprafața Soarelui, unde se observă adesea structuri cauzate de dezechilibrul vitezelor. Uneori, aceste structuri permit undelor să se propage mai departe până la atenuare sau modifică distribuția energiei rezultate din atenuare între populațiile de particule încărcate. În alte cazuri, structurile cauzate de dezechilibru amplifică radiația undelor. Rezultatele noastre subliniază importanța efectuării de analize complexe ale încălzirii și instabilităților în sistemele de plasmă fierbinte din sistemul nostru solar și din Univers”, au declarat ei.
Pentru interpretarea acestor observații, echipa a utilizat propriul cod numeric numit Arbitrary Linear Plasma Solver, sau ALPS. Acest instrument le-a permis să analizeze distribuțiile reale măsurate de aparatul Parker și să studieze modul în care se propagă undele în această plasmă complexă.
Datorită ALPS, cercetătorii au determinat modul în care se modifică încălzirea pe măsură ce particulele se îndepărtează de Soare. La punctul de origine al vântului solar, particulele încep să se răcească, deși cu o viteză mult mai mică decât cea așteptată pentru un gaz în expansiune. Acest fenomen, cunoscut sub numele de atenuare, reprezintă o altă enigmă pe care noile măsurători ajută la clarificarea ei.
Posibilitatea de a măsura cantitatea de energie primită de fiecare tip de particule transformă înțelegerea noastră asupra vântului solar și deschide uși pentru aplicații mai largi. Aceleași procese fizice au loc și în alte medii, unde predomină plasma și câmpurile magnetice.
„Dacă vom reuși să înțelegem mecanismul de atenuare a vântului solar, vom putea aplica aceste cunoștințe despre disiparea energiei la obiecte precum gazul interstelar, discurile de acreție din jurul găurilor negre, stelele neutronice și alte obiecte astrofizice”.
Pe lângă valoarea lor teoretică, aceste realizări consolidează capacitatea noastră de a prevedea vremea spațială. Datorită unei mai bune înțelegeri a modului în care vântul solar accelerează și se încălzește în primele câteva milioane de kilometri, oamenii de știință pot îmbunătăți modelele care prezic apropierea furtunilor solare de Pământ.
Sonda spațială Parker Solar Probe își continuă misiunea și promite noi apropieri în următorii ani. Fiecare pas către Soare furnizează date care ne ajută să înțelegem mai bine această stea care, în ciuda caracterului său obișnuit, încă păstrează secrete fundamentale.
Datorită acestor observații directe, granița invizibilă la care se naște vântul solar începe în sfârșit să devină vizibilă pentru știință.
