Nuove scoperte sul vento solare e sui cambi di campo magnetico

Il Parker Solar Probe sta studiando il Sole e il suo Vento Solare, che è un flusso di particelle cariche rilasciate dal Sole. Durante il suo viaggio, ha osservato una caratteristica unica chiamata switchback magnetico. Questi sono cambiamenti improvvisi nella direzione del campo magnetico nel vento solare. Appaiono come macchie e sono stati visti frequentemente vicino al Sole. Tuttavia, gli scienziati non sono ancora sicuri di come si formino questi switchback.

Questo articolo ha lo scopo di capire le proprietà degli Ioni Pesanti di queste macchie switchback, specialmente durante l'undicesimo incontro ravvicinato di Parker con il Sole. Questo studio è importante perché confronta i risultati di Parker con quelli di un'altra sonda spaziale, il Solar Orbiter, che misura anch'essa le proprietà del vento solare. Insieme, forniscono una migliore comprensione del vento solare e del comportamento del Sole.

#Cosa Sono Gli Switchback Magnetici?

Gli switchback magnetici sono inversioni repentine nel campo magnetico del vento solare. Appaiono come picchi nei dati raccolti dalla sonda. Quando si verificano questi picchi, ci sono anche cambiamenti nella velocità del vento solare. Anche se gli switchback sono temporanei, possono raggrupparsi in aree più grandi chiamate macchie switchback magnetiche. Queste macchie possono coprire vaste aree e spesso hanno caratteristiche simili alle celle supergranulari viste sulla superficie del Sole.

Gli scienziati hanno notato gli switchback fin dal primo approccio ravvicinato di Parker al Sole. La sonda li ha osservati ripetutamente durante la sua missione, ma le loro caratteristiche cambiano mentre il vento solare si allontana dal Sole. Questo rende difficile studiarli in dettaglio.

Ci sono diverse teorie su come si formino gli switchback. Alcuni suggeriscono che si generino nella Corona (l'atmosfera esterna del Sole), mentre altri credono che si verifichino più tardi nel viaggio del vento solare attraverso lo spazio. Processi chiave che potrebbero portare alla formazione degli switchback includono riconnessione magnetica di interscambio, espansione del vento solare, getti coronali e movimenti ai punti di ancoraggio delle strutture magnetiche.

#Importanza delle Misurazioni degli Ioni Pesanti

Capire gli switchback richiede esaminare la composizione del vento solare. Gli ioni pesanti sono particolarmente importanti perché conservano informazioni sulle condizioni che hanno affrontato nella corona. Il Solar Orbiter è dotato di strumenti che possono analizzare ioni pesanti, come ferro e ossigeno, che aiutano a collegare questi ioni agli switchback osservati da Parker.

Gli ioni pesanti possono fornire dettagli preziosi sulla temperatura e densità della corona da cui provengono. Man mano che il vento solare si allontana dal Sole, le condizioni attorno agli ioni possono cambiare. Questo influisce anche su come gli ioni interagiscono e si combinano tra di loro. Studiando le loro composizioni, gli scienziati possono collegarli di nuovo agli eventi che si verificano sulla superficie del Sole.

#Osservazioni e Metodologia

Durante il decimo passaggio perielico di Parker, c'è stata un'altezza speciale con il Solar Orbiter. Questa coordinazione ha permesso a entrambe le sonde di osservare gli stessi flussi di vento solare anche se si trovavano a distanze diverse dal Sole. Parker era molto più vicino, mentre il Solar Orbiter era più lontano.

Gli strumenti usati su Parker misurano la velocità del vento solare e i campi magnetici. Gli strumenti del Solar Orbiter si concentrano sulla composizione del vento solare, in particolare sugli ioni pesanti. Questa collaborazione ha reso possibile analizzare come gli ioni pesanti e gli switchback si relazionano tra loro.

Per esaminare le osservazioni di entrambe le sonde, gli scienziati hanno utilizzato un metodo chiamato mappatura balistica. Hanno modellato i percorsi del vento solare dal Sole alle due sonde in base alle loro velocità osservate. Questo ha aiutato a identificare dove le misurazioni del Solar Orbiter corrispondevano alle macchie switchback osservate da Parker.

#Risultati sulla Composizione degli Ioni Pesanti

I risultati hanno indicato che le macchie switchback non mostrano firme distintive di ioni ed elementi che le differenziano dal vento solare circostante. Sia le macchie che il vento solare circostante mostravano qualità variabili, indicando che provenivano da aree nella corona con diverse proprietà magnetiche e termiche.

I dati sugli ioni pesanti hanno rivelato diverse cose sulla fonte del vento solare. La composizione degli ioni e la temperatura variavano attraverso le macchie switchback. Questa variabilità suggerisce che le fonti di queste macchie potrebbero essere complesse e coinvolgere un mix di regioni di campo magnetico aperto e chiuso nella corona solare.

#Rapporti di Ioni e Temperature Elettroniche

Lo studio ha anche esaminato da vicino i rapporti di diversi ioni pesanti. Confrontando ioni come ossigeno e carbonio, gli scienziati sono riusciti a derivare temperature indicative delle condizioni nella corona. Questi rapporti hanno mostrato un modello sistematico, indicando che man mano che il vento solare si avvicina al foglio attuale (un confine tra diverse regioni del vento solare), i rapporti cambiano.

Oltre ai rapporti di ioni, le temperature elettroniche sono state misurate a Parker. Ci sono state correlazioni notevoli tra le temperature elettroniche e i rapporti di ioni. Questo suggerisce che i dati delle due sonde si completano bene per capire le condizioni di origine del vento solare.

#Variabilità Tra le Macchie Switchback

La ricerca ha mostrato che c'è una significativa variazione nella composizione degli ioni pesanti e nelle temperature elettroniche attraverso diverse macchie switchback. Il rapporto Fe/O, che indica la composizione della regione di origine, variava ampiamente all'interno delle macchie. Questa variabilità suggerisce condizioni diverse nelle regioni coronali da cui è originato il vento solare.

Curiosamente, la temperatura elettronica misurata a Parker ha mostrato variazioni maggiori quando si osservavano diverse macchie switchback rispetto a quelle all'interno delle stesso macchie. I risultati evidenziano che questa variabilità di temperatura riflette probabilmente cambiamenti nelle condizioni della regione di origine piuttosto che solo distanza dal Sole.

#Confronto con il Vento Solare di Fondo

Una delle principali intuizioni di questo studio è che la composizione del vento solare nelle macchie switchback è simile a quella del vento solare circostante. Questo indica che gli switchback potrebbero non richiedere condizioni speciali per formarsi, ma potrebbero essere influenzati dalle caratteristiche del vento solare di fondo.

#Implicazioni delle Misurazioni degli Ioni Pesanti

Le misurazioni degli ioni pesanti tra le macchie switchback vicine suggeriscono una relazione con i meccanismi che generano queste strutture. I risultati indicano che gli switchback potrebbero formarsi dove i venti solari veloci e lenti accadono vicini tra loro, in particolare vicino ai confini dei buchi coronali.

Ci sono diversi processi potenziali che potrebbero portare alla formazione degli switchback. I risultati dello studio forniscono intuizioni su come questi processi possano essere collegati alle proprietà osservate del vento solare. Comprendere queste relazioni può aiutare gli scienziati a perfezionare i loro modelli di clima spaziale e solare.

#Conclusione

Questa ricerca evidenzia l'importanza di comprendere l'interazione tra le caratteristiche del vento solare e gli switchback magnetici. Analizzando le proprietà degli ioni pesanti, lo studio collega il comportamento del vento solare vicino al Sole all'ambiente più ampio del vento solare.

La collaborazione tra il Parker Solar Probe e il Solar Orbiter offre un'opportunità unica per ottenere informazioni sulle dinamiche del vento solare. Man mano che il vento solare viaggia dal Sole, gli ioni pesanti conservano informazioni sul loro viaggio. I risultati indicano che le macchie switchback potrebbero essere influenzate dal vento solare di fondo, suggerendo una relazione complessa tra l'attività solare e l'ambiente del vento solare.

La ricerca futura dovrebbe continuare a cercare ulteriori dati da entrambe le sonde per confermare questi risultati ed esplorare le condizioni sotto le quali gli switchback e gli ioni pesanti interagiscono. Questo migliorerà la nostra comprensione dell'influenza del Sole sul vento solare e i suoi effetti più ampi sul clima spaziale.