Wiatr słoneczny to nic innego, jak stały strumień wysokoenergetycznych cząstek emitowanych z korony słonecznej i skierowanych do zewnętrznych granic Układu Słonecznego. To właśnie wiatr słoneczny uderza w magnetosferę Ziemi od strony Słońca, opływa ją, a czasami prowadzi do powstawania zorzy polarnej.
Od wielu dekad naukowcy starają się zrozumieć, nie tylko gdzie powstaje wiatr słoneczny, ale także skąd bierze się energia, która już po opuszczeniu Słońca jest w stanie przyspieszyć cząstki wiatru słonecznego i na dodatek sprawić, żeby utrzymywały one swoją temperaturę dłużej, niż wychodzi to z obliczeń.
Tak się dobrze składa, że wokół Słońca krążą sondy Solar Orbiter oraz Parker Solar Probe. Obie bezustannie spoglądają na Słońce, choć z nieco różnych orbit. Na pokładzie każdej z nich znajdują się także instrumenty przygotowane do pozyskiwania informacji o wietrze słonecznym.
Czytaj także: Wiatr słoneczny uderzył w Ziemię jak w dzwon. Magnetosfera aż zafalowała. Co za zorze!
Jedną z większych zagadek dotyczących wiatru słonecznego jest fakt, że gdy opuszcza on koronę słoneczną, porusza się z określoną prędkością i wszystko mogłoby wskazywać, że wraz z oddalaniem się od Słońca, prędkość cząstek będzie malała. Co więcej, z każdym milionem kilometrów podróży, strumień cząstek powinien stawać się rzadszy, a tym samym jego temperatura powinna spadać w odpowiednim tempie. Obserwacje jednak wskazują na coś innego. Wiatr słoneczny już po opuszczeniu atmosfery Słońca nie tylko nie zwalnia, ale przyspiesza do prędkości 1,8 miliona kilometrów na godzinę. Jakby tego było mało, jego temperatura spada, ale nie tak szybko jak naukowcy się spodziewali.
Powstaje zatem pytanie skąd bierze się energia niezbędna do ogrzewania i do przyspieszania cząstek wiatru słonecznego.
Naukowcy postanowili wykorzystać wspomniane wyżej dwie sondy kosmiczne do rozwiązania tej zagadki. Choć poruszają się one po drastycznie innych orbitach, to jednak w 2022 roku obie sondy przeleciały mniej więcej nad tym samym fragmentem Słońca w tym samym czasie. W efekcie badacze mogli zbadać najpierw strumień cząstek wyemitowany ze Słońca w odległości 9 milionów kilometrów od Słońca (sonda Parker Solar Probe), a następnie przyjrzeć mu się za pomocą drugiej sondy w odległości 89 milionów kilometrów (Solar Orbiter). W ten sposób powstała unikalna okazja, aby sprawdzić, jak zmieniła się prędkość, temperatura i charakterystyka tego samego strumienia po przebyciu kilkudziesięciu milionów kilometrów.
Tutaj należy zwrócić uwagę na jeden ważny aspekt całego zamieszania. W atmosferze Ziemi jedyne fale, które mogą się nią przemieszczać, to fale dźwiękowe. W przypadku ekstremalnie gorącej atmosfery Słońca sytuacja jest jednak inna. Znajdujący się tam gaz jest plazmą, a więc reaguje na pole magnetyczne. W przeciwieństwie do gazów w atmosferze ziemskiej plazma jest w stanie przechowywać energię w swoim polu magnetycznym. Skoro tak, to pole magnetyczne z korony słonecznej może być wykorzystane przez cząstki wiatru słonecznego uciekające ze Słońca jako źródło energii.
W 2022 roku sonda Parker Solar Probe przelatując tuż nad granicą korony słonecznej, zmierzyła charakterystykę wiatru słonecznego, a dwa dni później sonda Solar Orbiter zrobiła dokładnie to samo kilkadziesiąt milionów kilometrów dalej. W obu przypadkach był to ten sam strumień cząstek wiatru słonecznego.
Porównanie danych z obu sond przyniosło rozwiązanie zagadki prędkości wiatru słonecznego.
W odległości 9 milionów kilometrów od Słońca 10 proc. energii całkowitej strumienia znajdowało się w polu magnetycznym. 80 milionów kilometrów dalej, sonda Solar Orbiter dostrzegła już tylko 1 proc. energii z pola magnetycznego. Okazuje się bowiem, że pozostałe 9 proc. energii zostało wykorzystane do przyspieszenia i spowolnienia procesu ochładzania cząstek wiatru słonecznego.
Czytaj także: Naukowcy badają wiatr słoneczny i są coraz bliżej rozwiązania jego tajemnic
Pole magnetyczne umieszczane jest w cząstkach wiatru słonecznego przez falujące pole magnetyczne Słońca, czyli tzw. fale Alfvéna.
Naukowcy zwracają uwagę także na jeszcze jeden istotny aspekt tych badań. Słońce jest i jeszcze przez setki lat będzie jedyną gwiazdą, jakiej wiatr jesteśmy w stanie bezpośrednio mierzyć. Nie zmienia to faktu, że można założyć, iż przynajmniej gwiazdy podobne do Słońca działają w taki sam sposób. Informacje zebrane o Słońcu mogą nam pozwolić lepiej modelować otoczenie innych gwiazd i środowisko, w jakim poruszają się bezustannie odkrywane egzoplanety.
