С помощью долгой выдержки и сложных процессов обработки ученым удалось получить удивительно высококачественные фотографии внешней атмосферы Солнца — его короны, — и они обнаружили детали, о которых ранее было не известно.
Солнце — сложный объект, и сейчас, в преддверии запуска Солнечного зонда Паркер (Parker Solar Probe), мы стоим на пороге новых открытий о нашей домашней звезде. Несмотря на это, мы по-прежнему можем многое о ней узнать, используя сегодняшние технологии. Именно это и продемонстрировали ученые из Юго-западного исследовательского института (Техас).
Команда использовала коронограф COR-2 в обсерватории STEREO-A(Solar and Terrestrial Relations Observatory-A), чтобы изучить детали внешней атмосферы Солнца. Коронограф делает фотографии, используя “искусственную Луну” — специальный диск, который помещается перед телескопом и блокирует лучи, идущие напрямую от Солнца. Так прямой свет звезды не мешает изучению плазмы атмосферы Солнца.
Корона Солнца очень горячая, намного горячее низлежащей фотосферы, температура которой равняется примерно 5,800 Кельвинам. Температура короны достигает значений от 1 до 3 миллионов Кельвинов. Она же является источником солнечного ветра — постоянного потока заряженных частиц, которые летят от Солнца по всем направлениям.
Когда пытались измерить солнечный ветер здесь, у Земли, исследователи обнаружили сложнейшие переплетения магнитных полей, и было не понятно, на каком именно этапе появилась эта турбулентность.
“В глубоком космосе солнечный ветер турбулентен и порывист, — говорит Крейг ДеФорест, гелиофизик из Юго-западного исследовательского института. — Но как он таким стал? Покинул ли он Солнце спокойным, а потом стал турбулентным в полете по Солнечной системе, или эти порывы говорят нам об особенностях Солнца?”
Если турбулентность возникает в источнике солнечного ветра, то мы должны наблюдать и сложные структуры в самой короне, которые провоцируют эти порывы. Но в предыдущих наблюдениях за Солнцем подобное не регистрировали.
Вместо этого корона представала гладкой и ламинарной структурой. Вот только оказалось, что все совсем не так. Структуры были, нам просто не хватало мощности и высокого разрешения, чтобы их разглядеть.
“Новые методы позволили улучшить точность изображения, и мы поняли, что корона не гладкая, а структурная и динамичная, — объясняет ДеФорест. — Каждая структура, которую мы думали, что понимали, оказалась состоящей из более мелких структур, они оказались более динамичными, чем мы думали.”
Чтобы получить эти изображения, исследовательская команда в течение трех дней делала более частые снимки с большей выдержкой. Это позволило коронографу зарегистрировать менее яркий свет. И это был лишь первый шаг в процессе.
Хотя “искусственная Луна” помогает отфильтровать большую часть яркого солнечного света, на получаемых фотографиях все равно остается много шума, как от окружающего пространства космоса, так и от самого инструмента.
Так как STEREO-A летит по просторам космоса, у ученых нет возможности подправить оборудование. Поэтому ДеФорест и его команда придумали метод определения и удаления шумов, значительно улучшив соотношение сигнала и шума.
Они разработали новые фильтрующие алгоритмы, которые отделяли корону от шума и исправляли яркость. А самое главное, — и это оказалось самым сложным, — они подправляли смазаность изображения, которую вызывало движение солнечного ветра.
Они обнаружили, что корональные лучи, — которые порой превращаются в корональные выбросы массы, выбрасывающие плазму и частицы в открытый космос, — не являются единой структурой.
“Не существует такого объекта как единый луч, — объясняет ДеФорест. — Эти лучи состоят из мириадов тонких прядей, которые вместе создают это яркое являение.”
Они также обнаружили, что не существует альвеновской поверхности (Alfvén surface) — теоретического тонкого барьера вокруг звезды, отмечающий границу, после которой солнечный ветер обладет достаточной скоростью, чтобы вырваться из притяжения звезды.
Вместо него, отметил ДеФорест, “существует широкая ‘нейтральная территория’ или ‘альвеновская зона’, в которой солнечный ветер постепенно отсоединяется от Солнца”.
Исследование подкинуло ученым и новую загадку. На расстоянии примерно 10 солнечных радиусов от звезды солнечный ветер неожиданно меняет свой характер. А потом снова возвращается в нормальное состояние. То есть на расстоянии 10 солнечных радиусов происходит неизвестное физическое явление.
Возможно, чтобы решить эту задачу, потребуется помощь от зонда Паркер, которые взлетит уже в следующем месяце.