Jedna z wewnętrznych warstw atmosfery Słońca może pomóc w określeniu prędkości wiatru słonecznego – strumienia naładowanych cząstek nieustannie wysyłanych przez naszą gwiazdę. Dzięki temu oszacowaniu prognozy pogody kosmicznej będą dokładniejsze, co umożliwi lepszą ochronę satelitów komunikacyjnych i nawigacyjnych przed skutkami burzy słonecznych.

Wiatr słoneczny tworzy się w górnej, cienkiej warstwie atmosfery Słońca – w koronie. Zaskakujące jest, że zimniejsza i gęściejsza, niżej położona chromosfera może pomóc w oszacowaniu prędkości wiatru słonecznego.

Chromosfera leży tuż nad widzialną powierzchnią Słońca. “To tak, jakbyśmy odkryli, że źródło Nilu znajduje się kolejnych 800 km w głębi lądu,” powiedział dr Scott McIntosh z Southwest Research Institute w Boulder (Colorado), autor publikacji na temat odkrycia, umieszczonej w wydaniu “Astrophysical Journal” z 10 maja.

Rezultaty badań mogą przyczynić się do zwiększenia dokładności prognoz promieniowania kosmicznego. Słońce okazjonalnie wyrzuca miliardy ton naładowanego gazu z prędkością sięgającą milionów km/h. Takie zjawisko nazywamy koronalnym wyrzutem masy (ang. coronal mass ejection, CME). Jeżeli szybkie cząstki z CME zderzają się z wolnymi “podmuchami” wiatru słonecznego, dochodzi do przyspieszenia elektrycznie naładowanych cząstek wiatru. Mogą one być szczególnie niebezpieczne dla astronautów w przestrzeni kosmicznej oraz sztucznych satelitów.

“Mając większą wiedzę na temat ziemskiej atmosfery możemy z lepszą dokładnością przewidywać huragany. Podobnie, znajomość prędkości wiatru słonecznego pozwala nam określić intensywność burzy kosmicznych“, twierdzi współautor publikacji, dr Robert Leamon z L-3 Government Services z NASA’s Goddard Space Flight Center.

Wiatr słoneczny bywa zmienny: jego prędkość waha się od 350 km/s do 700 km/s. Ponieważ składa się on z naładowanych elektrycznie cząstek, oddziałuje z polem magnetycznym atmosfery Słońca. Cząsteczki poruszają się wzdłuż linii pola, jak samochody na autostradzie. Kiedy linie sił magnetycznych kierują się ku otwartej przestrzeni – jak ma to miejsce w dziurach koronalnych – cząsteczki wiatru gwałtownie przyspieszają, zachowując się jak samochody na torze wyścigowym. Natomiast gdy linie pola magnetycznego zakrzywiają się gwałtownie z powrotem w kierunku powierzchni Słońca, strumień wiatru można porównać do samochodów w zatłoczonym mieście. Jego prędkość jest stosunkowo niska. Naukowcy wiedzieli o tym już 30 lat temu i na tej podstawie niezbyt dokładnie szacowali prędkość wiatru.

Najnowsze badania dowodzą, że prędkość strumienia cząstek zależy od zmian w głębszych warstwach Słońca, niż pierwotnie przypuszczano. Zespół naukowców mierzył w różnych punktach czas potrzebny fali dźwiękowej na przebycie chromosfery. Okazało się, że warstwa ta jest “rozciągnięta” – duża objętościowo, lecz stosunkowo rzadka – w miejscach występowania dziur koronalnych, gdzie linie pola magnetycznego są otwarte, a grubsza i bardziej skondensowana pod obszarami “zamkniętymi” magnetycznie. Ponadto, im szersza jest warstwa chromosfery, tym łatwiej się rozszerza (dzięki otwartym liniom pola magnetycznego). W rezultacie wiatr słoneczny z tamtych obszarów będzie wiał szybciej. Nowa metoda określania prędkości wiatru jest dużo dokładniejsza, niż wcześniejsze oszacowania.

SOHO

Fragmenty górnej atmosfery Słońca. Za pomocą sondy TRACE naukowcy badali regiony o zamkniętych (górny obrazek) i otwartych (dolny obrazek) liniach pola magnetycznego. Obszary zaznaczone na czerwono to miejsca, w których chromosfera jest płytka i gęsta. Są one źródłem strumieni powolnego, gęstego wiatru słonecznego. Natomiast obszary zaznaczone na niebiesko charakteryzuje gruba, rzadka warstwa chromosfery. To tzw. dziury koronalne – z nich pochodzą szybkie lecz rozrzedzone strumienie wiatru.

Do pomiaru szybkości rozchodzenia się fal dźwiękowych została użyta sonda TRACE (Transition Region and Coronal Explorer, NASA), natomiast satelita ACE (Advanced Composition Explorer, NASA) był wykorzystany do mierzenia parametrów wiatru słonecznego w pobliżu Ziemi. Dane z obu sond pokrywały się.

“Dawniej mogliśmy określić prędkość wiatru słonecznego w bardzo wąskim paśmie na linii Ziemia-Słońce, na której znajdują się satelity takie jak ACE, WND i SOHO. Próbniki te zostały tam umieszczone właśnie po to, aby tworzyć prognozy pogody kosmicznej. W porównaniu do rozmiarów Układu Słonecznego, jest to bardzo niewielki obszar (…). Dzięki naszemu najnowszemu odkryciu możemy użyć TRACE do przewidywania prędkości wiatru słonecznego w połowie całego układu,” twierdzi dr Joe Gurman, badacz Słońca z NASA Goddard.