Магнитное поле Солнца не является постоянным и однородным, а меняется во времени и пространстве. Особенно интересным является так называемое «тихое» Солнце, то есть области, где нет ярких пятен или петель. Эти области занимают большую часть поверхности Солнца и представляют собой сложную сеть мелких магнитных элементов, которые постоянно появляются и исчезают.
Для изучения этих магнитных элементов требуется очень высокое разрешение, которое можно достичь только с помощью самых мощных солнечных телескопов. Один из таких телескопов — солнечный телескоп Дэниела К. Иноуйе (DKIST), финансируемый Национальным научным фондом США (NSF) и расположенный на Гавайях. DKIST — крупнейший в мире солнечный телескоп, имеющий диаметр зеркала 4 метра.
DKIST начал свою работу в 2020 году и уже предоставил уникальные данные о магнитном поле Солнца. В частности, он использовал прибор под названием видимый спектрополяриметр (ViSP), который может измерять поляризацию света в разных длинах волн. Поляризация света — характеристика, которая зависит от направления колебаний электрического поля световой волны. Поляризация света изменяется под воздействием магнитного поля, поэтому ее измерение позволяет определить характеристики магнитного поля, такие как направление, сила и инклинация.
Используя ViSP, ученые получили спектрополяриметрические наблюдения «тихого» Солнца в диапазоне длин волн, который включает чувствительный к магнитному полю дублет железа Fe I 6301.5/6302.5 Å. С оценочным пространственным разрешением 0.08», это представляет собой самые высокоразрешающие полновекторные спектрополяриметрические наблюдения «тихого» Солнца, когда-либо полученные.
Чем сложнее мелкомасштабные изменения направления магнитного поля, тем более вероятно, что энергия высвобождается посредством процесса, который мы называем магнитным пересоединением. — когда два магнитных поля, направленных в противоположные стороны, взаимодействуют и выделяют энергию, которая способствует нагреванию атмосферы. Мы использовали самый мощный солнечный оптический телескоп в мире, чтобы выявить самые сложные ориентации магнитного поля, которые когда-либо наблюдались в самых маленьких масштабах. Это приближает нас к пониманию одной из самых больших загадок в исследованиях Солнца
— профессор Михаил Матиудакис, участник исследования.
Анализ этих данных показал удивительную сложность и разнообразие магнитных элементов на поверхности Солнца. Ученые обнаружили 53 мелких магнитных элемента, включая 47 магнитных петель и 4 однополярных магнитных пятна, в которых были обнаружены линейная и круговая поляризация. Особый интерес представляет магнитный элемент, в котором полярность магнитного вектора, по-видимому, меняется три раза всего на 400 км и в котором имеются сигналы линейной поляризации на протяжении всего элемента. Это свидетельствует о змеевидной топологии магнитного поля, которое может быть связано с процессами динамо в фотосфере.
Ученые также обнаружили сложные профили Стокса V (круговой поляризации) на линиях инверсии полярности магнитных петель и обнаружили вырожденные решения, так как они не смогли окончательно определить, возникают ли они из-за градиентов атмосферных параметров или смешивания сигналов противоположной полярности. Это указывает на необходимость использования более сложных моделей для интерпретации данных.
Кроме того, исследователи проанализировали гранулу, которая заметно имела сигналы линейной и круговой поляризации на протяжении всей гранулы, что дает возможность исследовать ее магнитные свойства. На этом малом масштабе они увидели, что сила магнитного поля меняется от 25 Гс на границе гранулы до 2 кГс в межгранульном просвете (IGL), и проверили значения с помощью приближений слабого и сильного поля. Значение 2 кГс в IGL является одним из самых высоких измерений, когда-либо записанных.
Эти результаты являются первым шагом в изучении магнитного поля Солнца с помощью DKIST. Они расширяют наши знания о структуре и динамике магнитного поля на поверхности Солнца и способствуют улучшению моделей передачи энергии между различными слоями Солнца. Опубликованное в Astrophysical Journal Letters 1 исследование может помочь решить одну из главных загадок астрофизики: почему самый внешний слой Солнца, известный как «корона», имеет сотни раз более высокую температуру, чем поверхность или «фотосфера», хотя ожидалось обратное.
