Исследователи изучили турбулентность в короне Солнца с помощью радиосигналов, отправленных на Землю ультрадешевым орбитальным аппаратом Марса, когда Земля и Марс находились в соединении на противоположных сторонах Солнца (соединение обычно происходит примерно раз в два года). . Радиосигналы от орбитального аппарата прошли через область короны Солнца на близком расстоянии 10 Rʘ (1 Rʘ = солнечный радиус = 696,340 XNUMX км). Остаточная частота принятого сигнала была проанализирована для получения спектра корональной турбулентности. Выводы, казалось, согласовывались с выводами Parker Solar Probe на месте. Это исследование предоставило очень недорогую возможность изучить динамику в корональной области (в отсутствие очень дорогого солнечного зонда на месте) и новое понимание того, как исследование турбулентности в солнечной корональной области с использованием радиосигналов, отправленных орбитальным аппаратом Марса. на Землю может помочь улучшить предсказание солнечной активности, что имеет большое значение для форм жизни и цивилизации на Земле.
Марсианская орбитальная миссия (MOM) Индийской организации космических исследований (ИСРО) был запущен 5 ноября 2013 года с запланированной продолжительностью миссии 6 месяцев. Срок его службы намного превысил срок его службы, и в настоящее время он находится на расширенной стадии миссии.
Команда исследователей использовала радиосигналы с орбитального аппарата для изучения солнечной короны, когда Земля и март находились на противоположных сторонах Солнца. В периоды соединения, которые обычно происходят примерно раз в два года, радиосигналы от орбитального аппарата пересекают область солнечной короны на расстоянии 10 Rʘ (1 Rʘ = солнечные радиусы = 696,340 XNUMX км) по гелио-высоте от центра Солнца и дает возможности для изучения солнечной динамики.
Солнечная корона — это область, где температура может достигать нескольких миллионов градусов по Цельсию. Солнечные ветры зарождаются и ускоряются в этом районе и охватывают межпланетные пространства, формирующие магнитосферу планет и влияющие на космическую погоду околоземной среды. Изучение этого является важным императивом1. Наличие зонда на месте было бы идеальным, однако использование радиосигналов (передаваемых космическим кораблем и принимаемых на Земле после путешествия через корональную область) является отличной альтернативой.
В недавней газете2 опубликованные в Ежемесячных заметках Королевского астрономического общества, исследователи изучили турбулентность в области солнечной короны в период убывающей фазы солнечного цикла и сообщают, что солнечный ветер ускоряется и его переход от субальвенического к суперальвеновому потоку происходит около 10–15 Рʘ. Они достигают насыщения на сравнительно более низких гелио-высотах по сравнению с периодом высокой солнечной активности. Между прочим, этот вывод, похоже, подтверждается прямым наблюдением Солнечной короны с помощью Parker Probe.3 так же.
Поскольку солнечная корона представляет собой заряженную плазменную среду и обладает собственной турбулентностью, она вносит дисперсионные эффекты в параметры проходящих через нее электромагнитных радиоволн. Турбулентность в корональной среде вызывает флуктуации плотности плазмы, которые регистрируются как флуктуации фазы радиоволн, проходящих через эту среду. Таким образом, радиосигналы, принимаемые наземной станцией, содержат сигнатуру распространяющейся среды и подвергаются спектральному анализу для получения спектра турбулентности в среде. Это составляет основу метода коронарного радиозондирования, который использовался космическим кораблем для изучения коронарных областей.
Остаточные доплеровские частоты, полученные из сигналов, анализируются спектрально для получения спектра корональной турбулентности на гелиоцентрических расстояниях в диапазоне от 4 до 20 Rʘ. Это область, где в первую очередь ускоряется солнечный ветер. Изменения режима турбулентности хорошо отражаются в значениях спектральных показателей спектра временных колебаний частоты. Наблюдается, что спектр мощности турбулентности (временной спектр частотных флуктуаций) на более низком гелиоцентрическом расстоянии (<10 Rʘ) имеет уплощение в областях более низких частот с более низким спектральным индексом, что соответствует области ускорения солнечного ветра. Более низкие значения спектрального индекса ближе к поверхности Солнца обозначают режим ввода энергии, при котором турбулентность еще слабо развита. Для больших гелиоцентрических расстояний (> 10Rʘ) кривая становится более крутой со спектральным индексом, близким к 2/3, что свидетельствует об инерционных режимах развитой турбулентности колмогоровского типа, когда перенос энергии происходит каскадно.
Общие характеристики спектра турбулентности зависят от таких факторов, как фаза цикла солнечной активности, относительное преобладание солнечных активных областей и корональных дыр. Эта работа, основанная на данных MOM, сообщает о слабых максимумах 24-го солнечного цикла, который регистрируется как своеобразный солнечный цикл с точки зрения общей более низкой активности, чем другие предыдущие циклы.
Интересно, что это исследование демонстрирует очень недорогой способ исследования и мониторинга турбулентности в области солнечной короны с использованием метода радиозондирования. Это может быть очень полезно для наблюдения за солнечной активностью, которая, в свою очередь, может иметь решающее значение для прогнозирования всей важной солнечной погоды, особенно в окрестностях Земли.
Ссылки:
- Прасад У., 2021. Космическая погода, возмущения солнечного ветра и радиовсплески. Научный европеец. Опубликовано 11 февраля 2021 г. Доступно по адресу http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/space-weather-solar-wind-disturbances-and-radio-bursts/
- Джейн Р., и др. 2022. Исследование динамики солнечной короны во время постмаксимумной фазы 24-го солнечного цикла с использованием радиосигналов S-диапазона индийского орбитального аппарата на Марс. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, stac056. Поступило в исходном виде 26 сентября 2021 г. Опубликовано 13 января 2022 г. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stac056
- Дж. К. Каспер и соавт. Зонд Parker Solar Probe входит в солнечную корону с преобладанием магнитного поля. физ. Преподобный Летт. 127, 255101. Поступила 31 октября 2021 г. Опубликована 14 декабря 2021 г. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.255101
