Od czasu odkrycia wiatru słonecznego w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku, astronomowie obserwują istotną granicę między tym wypływem a samym Słońcem. Zbliżając się do Ziemi wiatr słoneczny charakteryzuje się zaburzonym, nierównomiernym ruchem, jednak w pobliżu Słońca, tam gdzie powstaje, wiatr słoneczny jest jednorodny i przypomina pojedyncze, równe promienie takie jak często widzimy na prostych rysunkach Słońca stworzonych przez dzieci. Szczegóły przejścia z wyraźnych promieni w koronie, górnej warstwie atmosfery Słońca, w wiatr słoneczny jak dotąd były tajemnicą.
Dzięki Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) naukowcy byli w stanie po raz pierwszy zaobserwować krawędź Słońca i opisać miejsce, w którym powstaje wiatr słoneczny. Określenie szczegółów tej granicy pozwoli nam lepiej poznać otoczenie Słońca skąpane w materii słonecznej – otoczenie, które musimy lepiej poznać, aby móc bezpiecznie eksplorować dalsze ostępy Układu Słonecznego. Artykuł opisujący wyniki badań został opublikowany wczoraj, 1 września 2016 roku, w periodyku The Astrophysical Journal.
„W końcu mamy globalny obraz ewolucji wiatru słonecznego,” mówi Nicholeen viall, współautorka artykułu oraz heliofizyczka z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt. „Ta wiedza naprawdę zmieni nasze rozumienie ewolucji naszego otoczenia kosmicznego.”
Zarówno w pobliżu Ziemi jak i daleko za orbitą Plutona, nasze otoczenie kosmiczne zdominowane jest przez aktywność słoneczną. Słońce i jej atmosfera składają się z plazmy – mieszaniny dodatnio i ujemnie naładowanych cząstek, które oddzieliły się od siebie w niesamowicie wysokich temperaturach, a które przemieszczają się wzdłuż linii pola magnetycznego. Materia z korony emitowana jest w przestrzeń kosmiczną wypełniając cały układ słoneczny olbrzymimi ilościami wiatru słonecznego.
Jednak naukowcy odkryli, że wraz z odległością plazmy od Słońca wiele się zmienia: Słońce stopniowo traci magnetyczną kontrolę, tworząc granicę określającą zewnętrzną koronę – krawędź Słońca.
„Oddalając się od Słońca, siła pola magnetycznego spada szybciej niż ciśnienie materii,” mówi Craig DeForst, główny autor opracowania i heliofizyk z Southwest Research Institute w Boulder, Kolorado. „W pewnym momencie materia zaczyna zachowywać się bardziej jak gaz, a mniej jak magnetycznie ustrukturyzowana plazma.”
Rozbicie promieni przypomina sposób, w który woda wylatuje z tryskacza. Na początku woda leci w gładkim i jednorodnym strumieniu, a dopiero po chwili rozpada się na krople, a pojedyncze krople na mniejsze krople tworzące swego rodzaju mgłę. Zdjęcia wykonane w ramach badań przedstawiają plazmę właśnie na etapie przechodzenia z jednorodnych promieni na niejednorodny wiatr słoneczny.
Przed przeprowadzeniem tych badań naukowcy uważali, że to oddziaływania magnetyczne odpowiadały za kształtowanie krawędzi korony. Niemniej jednak jak dotąd niemożliwe było zaobserwowanie tego zjawiska ze względu na problemy z obróbką zdjęć przedstawiających ten region. Trzydzieści milionów kilometrów od Słońca emitowana przez nie plazma stanowi bardzo delikatną warstwę zawierającą wolne elektrony, które rozpraszają światło słoneczne. Oznacza to, że można je obserwować, ale są one bardzo słabe i zdjęcia tego obszaru wymagają dokładnej obróbki.
Aby dostrzec strefę przejścia korony w wiatr słoneczny naukowcy musieli oddzielić światło wiatru słonecznego od szumu tła i nawet 100-krotnie jaśniejszych źródeł promieniowania: gwiazd tła, zbłąkanych promieni słonecznych, a nawet pyłu z wewnętrznych obszarów układu słonecznego.
Zdjęcia korony zamieniającej się w wiatr słoneczny stanowią istotne elementy układanki pozwalającej na zrozumienie całego Słońca, od jego jądra do krawędzi heliosfery.
Tego typu obserwacje prowadzone w ramach misji STEREO – która rozpoczęła się w 2006 roku – pomagają planować kolejne generacje obserwacji Słońca. W 2018 roku NASA planuje wyniesienie w przestrzeń kosmiczną sondy Solar Probe Plus, która wleci w koronę słoneczną zbierając cenne informacje o pochodzeniu i ewolucji wiatru słonecznego.
STEREO to trzecia misja realizowana przez NASA Heliophysics Division w ramach programu Solar Terrestrial Probes.
Źródło: NASA Goddard Space Flight Center