Американские ученые из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) совершили прорыв в изучении Солнца, обнаружив ранее неизвестный механизм ускорения частиц в солнечной короне. С помощью зонда NASA Parker Solar Probe исследователи зафиксировали мощные выбросы протонов, что позволило глубже понять природу солнечных бурь, угрожающих спутникам, энергосетям и навигации. Результаты исследования опубликованы на сайте SwRI.

Что обнаружили ученые?

Во время прохождения через гелиосферный токовый слой (HCS) — область, где резко меняется полярность солнечного магнитного поля, — Parker Solar Probe зарегистрировал протоны, разогнанные до релятивистских скоростей (близких к скорости света). Энергия этих частиц превышала фоновые показатели в тысячи раз.

Ключевым механизмом оказался магнитное пересоединение — процесс, при котором магнитные линии разрываются и соединяются заново, высвобождая колоссальную энергию. Эта энергия преобразует магнитное поле в кинетическую энергию частиц, ускоряя их до экстремальных скоростей.

«Мы впервые наблюдали магнитное пересоединение вблизи Солнца с такой детализацией. В ядре выброса частицы достигали невероятной энергии», — отметил доктор Михир Десаи, ведущий исследователь миссии.

Как это работает?

Магнитное пересоединение происходит в плазмоидах — фрагментированных магнитных островах в HCS. Эти структуры быстро эволюционируют, создавая локальные зоны ускорения. Parker Solar Probe зафиксировал:

  • Энергетические протоны с энергией, в 1000 раз превышающей магнитную энергию окружающей плазмы.
  • Уникальные сигнатуры, отличающие эти частицы от тех, что образуются при солнечных вспышках, подтверждая их происхождение в HCS.

Это открытие уточняет, как формируются солнечные энергетические частицы (SEP), которые играют ключевую роль в солнечных бурях.

Почему это важно?

Солнечные бури, вызванные выбросами корональной массы (CME) и SEP, представляют угрозу для технологий:

  • Спутники: Энергетические частицы могут повредить электронику, как это было в мае 2024 года, когда солнечные бури нарушили работу GPS в сельскохозяйственной технике.
  • Энергосети: Геомагнитные возмущения способны вызвать перегрузки и отключения.
  • Навигация и связь: Радиочастотные помехи нарушают сигналы GPS и радиосвязь.
  • Космонавты: SEP создают радиационные риски для экипажей на орбите.

Новое понимание магнитного пересоединения позволит:

  • Улучшить прогнозирование солнечных бурь, используя данные Parker Solar Probe для более точных моделей.
  • Разработать защиту для спутников и инфраструктуры, минимизируя экономические потери.
  • Продвинутся в изучении коронального нагрева — загадки, почему корона в миллионы градусов горячее поверхности Солнца.

Роль Parker Solar Probe

Запущенный в 2018 году в рамках программы NASA Living With a Star, Parker Solar Probe стал первым аппаратом, вошедшим в солнечную корону. Он выдерживает температуры до 1370°C благодаря тепловому щиту из углерод-углеродного композита толщиной 11.4 см. В 2024 году зонд приблизился к Солнцу на расстояние 6.1 млн км, достигнув скорости 690,000 км/ч — рекорд для искусственных объектов.

Инструменты зонда, такие как IS☉IS (Integrated Science Investigation of the Sun), измеряют частицы на широком диапазоне энергий, позволяя различать протоны, электроны и ионы (углерод, кислород, железо, гелий). Это помогло подтвердить, что ускорение частиц происходит именно в HCS, а не только в зонах солнечных вспышек.

Что дальше?

Открытие SwRI — лишь часть миссии Parker Solar Probe, которая продолжит изучение Солнца до 2025 года. Ученые ожидают:

  • Дополнительные данные о CME и солнечном ветре при следующих пролетах через корону.
  • Уточнение моделей магнитного пересоединения для прогнозирования траекторий SEP.
  • Расширение знаний о физике плазмы, которые найдут применение в астрофизике и исследованиях термоядерного синтеза.

«Эти данные — ключ к разгадке того, как Солнце влияет на Землю. Мы приближаемся к созданию надежных прогнозов космической погоды», — добавил Десаи.