Учёные впервые провели почти ежедневные измерения глобального коронального магнитного поля Солнца, области Солнца, которая в прошлом наблюдалась лишь нерегулярно. Полученные наблюдения дают ценную информацию о процессах, которые приводят к интенсивным солнечным бурям, влияющим на жизнь и электронику на Земле.
Анализ данных, собранных в течение восьми месяцев с помощью прибора под названием «Усовершенствованный корональный многоканальный поляриметр» (UCoMP), был опубликован в журнале Science.
Солнечное магнитное поле является основным фактором солнечных бурь, которые могут представлять угрозу для электросетей, систем связи и космических технологий, таких как GPS. Однако способность понять, как магнитное поле накапливает энергию и извергается, была ограничена проблемой наблюдения за ним в солнечной короне, верхней атмосфере Солнца.
Измерение магнетизма стандартными поляриметрическими методами обычно требует большого и дорогостоящего оборудования, которое до настоящего времени позволяло изучать лишь небольшие участки короны. Однако совместное использование корональной сейсмологии и наблюдений UCoMP позволило исследователям получать последовательные и всесторонние представления о магнитном поле всего Солнца, которое можно увидеть во время солнечного затмения.
Хотя прежде учёные могли регулярно измерять магнитное поле на поверхности Солнца, известное как фотосфера, долгое время было трудно измерить гораздо слабое корональное магнитное поле. Это ограничивало более глубокое понимание трехмерной структуры и эволюции магнитного поля короны, где зарождаются солнечные бури.
Для измерения корональных магнитных полей необходимы большие телескопы, такие как солнечный телескоп DKIST, — с апертурой диаметром 4 метра он является крупнейшим в мире солнечным телескопом, и недавно продемонстрировал свою способность проводить детальные наблюдения коронального магнитного поля.
Однако DKIST не может составить карту всего Солнца сразу. Меньший инструмент UCoMP на самом деле лучше подходит для предоставления ученым глобальных картин коронального магнитного поля, хотя и с меньшим разрешением и в двумерной проекции. Таким образом, наблюдения из обоих источников в значительной степени дополняют целостное представление о корональном магнитном поле.
UCoMP — это в первую очередь коронограф, инструмент, который использует диск для блокировки солнечного света, подобно затмению, что облегчает наблюдение за короной. Он также сочетает в себе поляриметр Стокса, который отображает другую спектральную информацию, такую как интенсивность корональных линий и доплеровскую скорость. Несмотря на то, что UCoMP имеет гораздо меньшую апертуру (20 см), он способен охватывать более широкий угол обзора, что позволяет изучать всё солнце в большинство дней.
Исследователи применили метод, называемый корональной сейсмологией, для отслеживания магнитогидродинамических (МГД) поперечных волн в данных UCoMP. МГД-волны дали информацию, которая позволила создать двумерную карту силы и направления коронального магнитного поля. В 2020 году предыдущее исследование использовало предшественника UCoMP и метод корональной сейсмологии для создания первой карты глобального коронального магнитного поля. Теперь UCoMP расширил возможности возможности, что позволяет проводить более подробные измерения.
В ходе исследования UCoMP исследовательская группа составила 114 карт магнитного поля в период с февраля по октябрь 2022 года, то есть по одной карте практически через день. Наблюдения также дали первые измерения коронального магнитного поля в полярных регионах. Полюса Солнца никогда не наблюдались напрямую, поскольку изгиб Солнца вблизи полюсов оставляет его за пределами нашего обзора с Земли.
Хотя исследователи не видели полюса напрямую, им впервые удалось провести измерения магнетизма, испускаемого ими. Это было отчасти связано с улучшенным качеством данных, предоставленных UCoMP, а также с тем, что солнце было близко к солнечному максимуму. Обычно слабые выбросы из полярного региона в этот этап были намного сильнее, что упростило получение результатов коронального магнитного поля в полярных регионах.
Учёные надеются улучшить существующие корональные модели, основанные на измерениях фотосферы. Поскольку текущий метод, используемый с UCoMP, ограничен двумя измерениями, он всё ещё не охватывает полное трёхмерное магнитное поле. Исследователи надеются объединить свои данные с другими методами, чтобы получить более глубокое понимание полного вектора магнитного поля в короне.
Для измерения всех трёхмерных изгибов и переплетений, лежащих в основе таких явлений, как солнечные извержения, необходимо сочетание большого телескопа и глобального поля зрения. Именно это и станет целью для проектируемого инструмента COSMO — солнечного рефракторного телескопа диаметром 1,5 метра, который проходит финальную проработку конструкции.
«Поскольку корональный магнетизм — это сила, которая заставляет массу Солнца лететь через Солнечную систему, мы должны наблюдать её в трехмерном пространстве — и одновременно везде, по всей глобальной короне. Эта работа представляет собой огромный шаг вперёд в нашей способности понимать, как глобальное корональное магнитное поле Солнца меняется изо дня в день. Это имеет важное значение для нашей способности лучше предсказывать и готовиться к солнечным бурям, которые представляют большую опасность для нашей всё более зависимой от технологий жизни на Земле», — сказала Сара Гибсон, руководитель разработки COSMO и соавтор статьи, ученый NSF NCAR.