Történelmi mérföldkövet ért el a NASA a Parker Solar Probe elnevezésű űrszondával, ugyanis az átrepült a Nap felső légkörén, az úgynevezett napkoronán, és mintát vett az ottani részecskékből, mágneses mezőből. Az űrszonda eddig a tervezett 24-ből 10 alkalommal repült el a Nap mellett, legutóbb novemberben.
A Parker Solar Probe pályája. Sárgával a korábbi, pirossal a jövőbeli pálya látható. Kép forrása: NASA
A Napnak nincs szilárd, élesen elhatárolható felszíne. A rendkívül nagy sűrűségű mag és a végtelenül ritka napkorona között folyamatos a sűrűségbeli átmenet. A Napnak a felszínhez képest igencsak forró légköre van, amelynek a legkülső része a napkorona, ami rendkívül kiterjedt, és nagyon ritka. A légkör a Nap anyagából áll, és a gravitáció, valamint a mágneses erők láncolják azt csillagunkhoz. Ahogy az egyre növekvő hő és nyomás eltolja ezt az anyagot a Naptól, eléri azt a pontot, ahol a gravitáció és a mágneses mezők már túl gyengék ahhoz, hogy visszatartsák. Ezt a pontot az Alfvén-kritikus felületnek (vagy határnak) nevezzük, ez jelzi a Nap légkörének végét és a napszél kezdetét. Tehát az a napanyag, amelynek elég energiája van ahhoz, hogy átjusson ezen a határon, napszéllé válik, amely magával rántja a Nap mágneses mezejét, miközben a Naprendszeren keresztül száguldva eljut a Földünkig és azon túlra.
Fantáziarajz a Parker Solar Probe-ról, ahogy megközelíti a Napot. Kép forrása: NASA
Mostanáig a kutatók nem tudták pontosan, hol van az Alfvén-kritikus felület, azaz a napkorona határa. A koronáról készült távoli felvételek alapján a becslések szerint valahol a Nap felszínétől 6,9-13,8 millió km-re lehet. A Parker Solar Probe pályája minden egyes megkerüléskor folyamatosan közelebb kerül a Naphoz, így az utolsó néhány elhaladás során az űrszonda folyamatosan a határ átlépésére alkalmas helyzetbe került, már ha a kutatók becslései helyesek voltak.
2021. április 28-án, a nyolcadik elrepülés során a Parker Solar Probe mintegy 13 millió km-re a Nap felszíne felett találkozott azzal a sajátos mágneses és részecske-környezettel, amelyek azt jelezték a tudósoknak, hogy az űrszonda először lépte át az Alfvén-kritikus felszínt, és belépett a Nap légkörébe. Ezen a részen a mágneses mezők elég erősek voltak ahhoz, hogy irányítsák az ottani részecskék mozgását, ez a körülmény volt a végleges bizonyíték arra, hogy az űrszonda átlépte az Alfvén-kritikus felületet.
A Parker Solar Probe az elhaladás során több alkalommal is be- és kilépett a koronából, ezzel egy korábbi sejtés igazolódott be, hogy az Alfvén-kritikus felület nem sima gömb alakú, hanem sokkal inkább tüskék és völgyek vannak rajta, amely ráncossá teszik a felületét. Ha sikerül rájönni, hogy ezek a kiemelkedések hol helyezkednek el a felszínről érkező naptevékenységhez képest, az segíthet a tudósoknak megismerni, hogy a Napon zajló események hogyan hatnak a légkörre és a napszélre.
Egy ponton, amikor a Parker Solar Probe a Nap felszínétől alig kevesebb mint 10,4 millió km-re volt, áthaladt a korona egy pszeudostreamer nevű jellegzetességén. A pszeudostreamerek olyan hatalmas struktúrák, amelyek a Nap felszíne fölé emelkednek, és a Földről napfogyatkozások idején láthatók.
A pszeudostreameren való áthaladás olyan volt, mintha az űrszonda egy vihar szemébe repült volna: a körülmények elcsendesedtek, a részecskék lelassultak, és a switchback-ek (később részletesen lesz róla szó) száma csökkent. Ez drámai változást jelentett ahhoz a forgalmas részecsketömeghez képest, amellyel az űrszonda általában a napszélben találkozik.
A koronán való első áthaladás mindössze néhány órán át tartott, de ez csak egyike a küldetés során tervezett átrepüléseknek. A Parker Solar Probe tovább közelít majd a Naphoz, végül akár 6,16 millió km-es „közelségbe” is eljuthat a felszínhez képest. A következő elrepülésre várhatóan 2022 januárjában kerül sor, ekkor valószínűleg ismét a koronán keresztül halad át majd az űrszonda. A napkorona méretét egyébként a naptevékenység is befolyásolja. Ahogy a Nap 11 éves aktivitási ciklusa – a napciklus – felgyorsul, a korona külső széle kitágul, így az űrszondának nagyobb esélye lesz hosszabb ideig a korona belsejében tartózkodni.
Infografika a Parker Solar Probe közeledéséről: 2021-ben 13 millió km, 2021 decemberében 7,87 millió km, 2025-ben 6,16 millió km. Kép forrása: NASA
A switchback nevű jelenségek keletkezési helyének meghatározása
Ahogy az eszköz egyre közelebb kering a Nap felszínéhez, mindig új felfedezéseket tesz, hiszen más űrszondák túl messze voltak ahhoz, hogy ilyen jellegű adatokat gyűjtsenek, többek között a napszélről. 2019-ben a Parker Solar Probe felfedezte, hogy a napszélben a Naphoz közel mágneses cikk-cakkos struktúrák, úgynevezett „switchback”-ek találhatóak, azonban az, hogy hogyan, és hol alakulnak ki, az rejtély maradt. Az eszköz most elég közel haladt el a Nap mellett ahhoz, hogy azonosítani tudjon egy helyet, ahol ezek a struktúrák keletkeznek: a Nap látható felszíne, a fotoszféra.
De mi is az a switchback? A jelenség során a mágneses részecskék visszafordulnak, egészen addig, amíg közvetlenül a Napra nem irányulnak, majd haladnak tovább eredeti irányba. Leginkább az ostor csapásához lehetne hasonlítani a jelenséget.
Animáció a napból kiáramló részecskék úgynevezett switchback jelenségéről. Kép forrása: NASA
Az 1990-es évek közepén a NASA-ESA közös Ulysses missziója a Nap pólusai fölött repülve felfedezett egy maroknyi bizarr S-alakú formát a napszél mágneses mezővonalaiban, amelyek a Napból kilépő töltött részecskéket cikk-cakkos úton terelték el. A tudósok évtizedekig azt hitték, hogy ezek a switchback-ek csak alkalmi, a Nap sarkvidékére korlátozódó furcsaságok.
2019-ben a Parker Solar Probe segítségével felfedezték, hogy a jelenségek nem ritkák, hanem ellenkezőleg, inkább gyakoriak a napszélben. Ez ismét felkeltette a kutatók érdeklődését a jelenség iránt, és új kérdéseket is felvetett: honnan származnak?
Az Astrophysical Journalban megjelent új eredmények végül megerősítik, hogy az egyik keletkezési pont a napfelszín közelében van.
A Parker Solar Probe hatodik elrepülése során gyűjtött adatok azt mutatták, hogy a Switchback-ek foltokban fordulnak elő, és nagy százalékban tartalmaznak héliumot, amelyről ismert, hogy a fotoszférából származik. Az eredetüket tovább szűkítették, amikor a tudósok azt is megállapították, hogy a fotoszférából a szupergranulációnak nevezett konvekciós zónák között kiemelkedő mágneses tölcsérekhez igazodnak. Némi magyarázat: A granulációt a konvekciós zónából hőoszlopok formájában feltörő, majd lehűlve visszaáramló gáz hozza létre. A konvekciós zóna a felszín alatti mintegy 200 000 km vastag gömbhéjat jelenti. Amellett, hogy a tudósok szerint a switchback-ek ezekben a mágneses tölcsérekben keletkeznek, valószínűsítik, hogy a gyors napszél egyes részecskéi is innen származhatnak. (Megjegyzés: a napszélnek két fajtája van – gyors és lassú).
Annak megértése, hogy hol és hogyan keletkeznek a gyors napszél összetevői, és ha sikerül megfigyelni, hogy ezek kapcsolatban állnak a switchback-ekkel, segíthet a tudósoknak megválaszolni egy régóta fennálló rejtélyt: hogyan melegszik fel a korona több millió fokra, sokkal forróbbra, mint az alatta lévő napfelszín.
Bár az új eredmények lokalizálják, hogy hol keletkeznek a switchback-ek, a tudósok azt még továbbra sem tudják biztosan, hogy hogyan alakulnak ki. Az egyik elmélet szerint a plazma hullámai hozhatják létre őket, amelyek az óceáni hullámzáshoz hasonlóan gördülnek át a térségen. Egy másik elmélet szerint egy robbanásszerű folyamat, a mágneses visszacsatlakozás hozza létre őket, amely a mágneses tölcsérek találkozásának határán játszódik le.
A koronán való átrepülés során az űrszonda elhaladt az úgynevezett koronális áramlatok (coronal streamers) mellett is. Ezek a struktúrák a felső képeken felfelé mozgó fényes vonásokként, az alsó képsoron pedig lefelé irányulva láthatók. Ez a látvány csak azért lehetséges, mert az űrszonda a koronán belül az áramlatok felett és alatt repült. Eddig ilyet csak távolról lehetett látni, akár a Földről is, teljes napfogyatkozások idején. Kép forrása: NASA
Az új mérföldkő óriási lépést jelent a naptudomány számára, hiszen segít a tudósoknak abban, hogy fontos információkat fedezzenek fel a legközelebbi csillagunkról és annak a Naprendszerre gyakorolt hatásáról. A Parker Solar Probe a jövőbeli elhaladások során még több adatot gyűjthet a switchback-ek-, és más napjelenségekről. Ezek révén a tudósok bepillantást nyerhetnek egy olyan régióba, amely kritikus fontosságú a korona felmelegedése és a napszél rendkívül nagy sebességre való felgyorsulása szempontjából. A koronából származó ilyen mérések kulcsfontosságúak lesznek a szélsőséges űridőjárási események megértéséhez és előrejelzéséhez, amelyek megzavarhatják a távközlést és károsíthatják a Föld körüli műholdakat. Az alábbi angol nyelvű videóban a cikkben leírtak animációként is ábrázolva vannak.