Solar Orbiter a PSP možná rozlouskly záhadu koróny

Atmosféra Slunce se jmenuje koróna a je tvořena plazmatem, tedy elektricky nabitým plynem, s teplotou okolo milionu stupňů Celsia. Právě tato teplota je pro vědce záhadou, jelikož povrch Slunce má „pouze“ okolo 6 000 °C. Koróna by měla být chladnější než povrch, protože energie Slunce pochází z termojaderných reakcí v jeho jádru a věci přirozeně chladnou tím víc, čím dále jsou od zdroje tepla. A i přesto je koróna více než 150× teplejší než povrch Slunce. Vědci tedy už dlouho tuší, že zde musí hrát roli nějaká jiná metoda přenosu energie do plazmatu, ale nikdo zatím neprokázal, oč by mohlo jít. Teorií bylo mnoho, ale žádná nebyla průkazná.

Dlouho se spekulovalo o vlivu turbulencí v koróně, které by mohly způsobit ohřívání plazmatu. Jenže když došlo na průzkum tohoto jevu, narazili sluneční fyzikové na praktický problém – všechna potřebná data není možné nasbírat jen s pomocí jediné sondy. Slunce je možné studovat dvojím způsobem – dálkově a lokálně. V rámci dálkového průzkumu se sonda nachází v určité vzdálenosti od pozorovaného objektu a s využitím kamer hledí na Slunce, takže může vyfotit i jeho korónu v různých vlnových délkách. V případě lokálních měření sonda přímo prolétává oblastí, kterou chce studovat a provádí měření částic a magnetických polí v dané lokalitě.

Oba přístupy mají své výhody i nevýhody. Dálkový průzkum odhalí výsledky většího formátu, ale už nedosáhne na detaily procesů, ke kterým dochází v plazmatu. U lokálních měření je to přesně naopak – poskytují vysoce specifické informace o procesech v malém měřítku, ovšem už neukáží, jak tyto projevy ovlivní dění ve větším měřítku. K tomu, abyste získali kompletní představu o tom, co se děje, potřebujete dvě sondy. A právě ty jsou slunečním fyzikům k dispozici – evropská Solar Orbiter a americká Parker Solar Probe. Zatímco Solar Orbiter je navržena tak, aby se mohla ke Slunci dostat blízko ke Slunci a přitom provádět dálkový průzkum společně s lokálními měřeními. Parker Solar Probe pro změnu dálkový průzkum využívá jen minimálně a zaměřuje se na lokální měření ještě blíže ke Slunci.

Jenže k plnému využití jejich doplňujících se přístupů, by Parker Soalr Probe měla být v zorném poli jednoho z přístrojů Solar Orbiteru pro dálkový průzkum. V takovém případě by Solar Orbiter mohl pozorovat velkorozměrové důsledky toho, co Parker Soalr Probe změří lokálně. Daniele Telloni, výzkumník z Italského národního institutu pro astrofyziku INAF v rámci Astrofyzikální observatoře v Turíně, je členem týmu, který stojí za přístrojem Metis pro Solar Orbiter. Metis je koronograf, což znamená, že umí blokovat zářící povrch Slunce a pořizovat tak fotografie koróny. Je to tedy skvělý prostředek k měření velkoformátových jevů a tak si Daniele Telloni začal vyhledávat termíny, kdy se Solar Orbiter a Parker Solar Probe na svých odlišných drahách srovnají do správné vzájemné pozice.

Ukázalo se, že 1. června 2022 by obě sondy měly být v optimální konfiguraci … tedy téměř optimální. V podstatě šlo o to, že by Solar Orbiter koukal směrem na Slunce, ale Parker Solar Probe by byla mimo zorné pole přístroje Metis – sice jen o kousek, ale přece jen mimo. Daniele Telloni se nad problémem zamyslel a zjistil, že k tomu, aby se Parker Solar Probe dostala do zorného pole, stačí, aby Solar Orbiter udělal menší gymnastiku – otočit se o 45° a pohlédnout kousek dále od Slunce. Ovšem nebylo vůbec jisté, zda řídící tým takovou odchylku schválí – každý manévr kosmické mise totiž musí být pečlivě v předstihu naplánován a navíc sondy samy jsou navrženy tak, aby vůči Slunci mířily pouze jedním velmi přesně daným směrem, což je chrání před nebezpečným slunečním žárem. Když se však všichni seznámili s potenciálním vědeckým přínosem, bylo rozhodnutím jednohlasně ANO.

Následovala zmíněná otočka a pohled stranou. Parker Solar Probe se dostala do zorného pole a obě sondy tak mohly provést historicky první simultánní měření velkorozměrových konfigurací sluneční koróny a mikrofyzikálních vlastností plazmatu. „Tato práce je výsledkem zapojení mnoha a mnoha lidí,“ říká Daniele Telloni, který vedl analýzu datových souborů. Díky spolupráci obou sond bylo možné provést první kombinované pozorování a lokální určení úrovně ohřívání koróny. „Možnost použít jak Solar Orbiter, tak i Parker Solar Probe skutečně otevřela úplně novou dimenzi tohoto výzkumu,“ říká Gary Zank z University of Alabama v Huntsville, který byl spoluautorem výsledného vědeckého článku.

Porovnáním nově změřeného tempa a teoretických odhadů, které v minulých letech sluneční fyzikové vytvořili, mohl Daniele Telloni prokázat, že autoři teorií o přenosu energie formou turbulencí, měli téměř jistě pravdu. Specifický způsob, kterým toho turbulence dosahují, není nepodobný tomu, co se odehrává, když si promícháváte kávu. Stimulováním náhodných pohybů tekutiny (ať už plynu, či kapaliny) se energie přenáší na ještě menších úrovních, což vrcholí přeměnou energie v teplo. V případě sluneční koróny je médium také magnetizované a uložená magnetická energie je také k dispozici, aby byla překonvertována v teplo.

Taková proměna magnetické a pohybové energie z větších do menších měřítek je hlavní podstatou turbulence. V nejmenších měřítcích umožňuje fluktuacím konečně interagovat s jednotlivými částicemi, většinou protony, a zahřívat je. Záhada však zatím ještě není definitivně vyřešena. Je potřeba udělat ještě dost práce, než budeme moci říct, že je problém ohřívání koróny vyřešen, ale nyní díky spolupráci dvou kosmických sond mají sluneční fyzikové první měření tohoto procesu. „Je to vědecké prvenství. Tato práce představuje významný krok k řešení problému ohřívání koróny,“ uzavřel Daniel Müller, vědec zapojený do projektu.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/Solar_Orbiter_and_Parker_Solar_Probe.jpg
https://www.esa.int/…/Metis_observes_the_Sun_s_corona.png