Солнечный ветер оказался в четыре раза быстрее: миссия ESA переписывает учебники

Солнечный ветер в атмосфере Солнца, короне, движется в четыре раза быстрее, чем считали учёные, — к такому выводу привело исследование, основанное на снимках, сделанных космическим аппаратом, создающим солнечные затмения. Тип ветра, который изучали исследователи, формируется очень близко к поверхности Солнца. Ранее считалось, что он дует со скоростью около 100 километров в секунду. Это значительно медленнее так называемого быстрого солнечного ветра (770 км/с), который дует из корональных дыр — тёмных, холодных областей с открытыми линиями магнитного поля в верхних слоях короны.

Однако снимки, полученные миссией ESA Proba-3 — дуэтом спутников, летящих в особом построении, чтобы имитировать солнечное затмение, — показали, что даже медленный тип солнечного ветра может быть гораздо быстрее, чем ожидалось.

«Во внутренней короне — области, которую очень трудно наблюдать, — мы увидели порывы медленного солнечного ветра, движущиеся в три-четыре раза быстрее, чем ожидалось», — заявил Андрей Жуков, физик-солнечник из Королевской обсерватории Бельгии и ведущий автор исследования. Вместо ожидаемых 100 км/с порывы ветра чуть выше солнечной поверхности достигали скоростей до 480 км/с.

Солнечный ветер — это поток заряженных частиц, который постоянно исходит от Солнца и распространяется по всей Солнечной системе, вызывая геомагнитные бури и неся интенсивное излучение. Учёные полагают, что медленный тип солнечного ветра, который стал объектом этого исследования, возникает, когда линии магнитного поля Солнца разрываются и пересоединяются. Однако этот процесс до сих пор окутан тайной. В отличие от гладкого потока быстрого коронального ветра, медленный солнечный ветер выходит из Солнца порывистыми сгустками, которые видны на изображениях короны как яркие лучи.

До недавнего времени получать снимки солнечной короны было довольно трудно. Корона чрезвычайно тускла по сравнению с ярким диском Солнца, который превосходит её по яркости в миллион раз, если только не скрыть диск за специальными инструментами — оккультерами. Проблема с оккультерами, устанавливаемыми на наземные телескопы, в том, что они также должны закрывать область короны, ближайшую к поверхности Солнца, чтобы предотвратить рассеивание солнечного света. Именно в этой области зарождается солнечный ветер. До недавнего времени единственной возможностью увидеть эту область были естественные полные солнечные затмения.

Луна, по совпадению, имеет идеальный размер и находится на идеальном расстоянии от Земли, чтобы закрыть весь солнечный диск. Расстояние между Луной и наблюдателями на Земле означает, что рассеивание света, которое досаждает телескопам на Земле, ничтожно. Но полные солнечные затмения — редкое явление. В среднем они случаются реже одного раза в год где-то на планете и длятся всего несколько минут — этого недостаточно, чтобы учёные могли разгадать главные тайны Солнца.

Миссия ESA Proba-3 решает эту проблему. Она состоит из двух космических аппаратов, летящих в строю на расстоянии 150 метров друг от друга. При этом аппарат, расположенный ближе к Солнцу, действует как гигантский оккультер для спутника-наблюдателя, находящегося дальше. С момента запуска в декабре 2024 года аппараты воссоздали 57 искусственных солнечных затмений, записав 250 часов высококачественного видео малоизученной области, где формируется солнечный ветер.

«Мы можем отслеживать, как солнечный ветер ускоряется вблизи Солнца, мы видим это по всему полю обзора Proba-3, и мы уже наблюдали скорости и ускорения, которые нас удивили», — сказал Джо Зандер, научный сотрудник проекта Proba-3 в ESA. Измерения показывают, что медленный солнечный ветер выходит с поверхности Солнца неравномерно, создавая мелкомасштабные возмущения магнитного поля.

«Этот первый набор данных — лишь начало гораздо более долгого пути к полному пониманию происходящего», — добавил Зандер. Исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal Letters в марте.

Почему это важно?

Открытие того, что «медленный» солнечный ветер может разгоняться до скоростей «быстрого» прямо у поверхности Солнца, заставляет учёных пересмотреть фундаментальные модели поведения нашей звезды. Если раньше считалось, что существует два чётко разделённых типа солнечного ветра с разными источниками и механизмами ускорения, то новые данные Proba-3 размывают эту границу.

Вот три ключевых последствия этого открытия:

1. Пересмотр моделей космической погоды. Скорость солнечного ветра — один из главных параметров, влияющих на интенсивность геомагнитных бурь. Если даже в «спокойных» регионах короны ветер способен разгоняться до 480 км/с, то прогнозирование солнечных возмущений становится сложнее — но при этом точнее. Старые модели, занижавшие скорость, могли недооценивать время прибытия и силу удара солнечных частиц по магнитосфере Земли.

2. Новые загадки нагрева короны. Одна из главных загадок физики Солнца — почему корона (миллион градусов Цельсия) горячее поверхности (около 5500 °C). Обнаруженные высокоскоростные порывы в нижней короне могут быть ключом к разгадке механизма этого аномального нагрева. Возможно, именно мелкомасштабные пересоединения магнитных полей, разгоняющие ветер, одновременно выделяют колоссальное тепло.

3. Практическая ценность для спутников и астронавтов. Понимание истинной скорости и турбулентности солнечного ветра вблизи Солнца критически важно для будущих миссий к звезде (например, Solar Probe Plus) и для защиты пилотируемых полётов. Если ветер ускоряется резкими порывами, а не плавно, то радиационная нагрузка на аппараты может меняться гораздо быстрее, чем предполагалось. Это требует создания более быстрых систем оповещения.

Миссия Proba-3 только начала работу. До конца 2026 года аппараты проведут ещё сотни искусственных затмений, накапливая данные о различных участках короны в разной солнечной активности (сейчас Солнце приближается к пику 11-летнего цикла). Учёные планируют не только измерять скорости, но и строить трёхмерные карты магнитных полей в области зарождения ветра.

Кроме того, полученные данные помогут интерпретировать наблюдения наземных солнечных телескопов нового поколения, таких как DKIST на Гавайях (телескоп имени Даниэля К. Иноуэ). Совместный анализ наземных и космических данных может окончательно разгадать тайну того, как Солнце создаёт ветер, влияющий на каждый уголок Солнечной системы.

Краткий итог для тех, кто спешит: