Solar Orbiter herleidt een knik in het zonnewindveld tot zijn bron op de zon
De ESA-ruimtesonde Solar Orbiter is door een grote S-vormige knik in het magneetveld van de zonnewind gevlogen en kon aan de deeltjes daarbinnen aflezen waar die knik is ontstaan. Dat meldt ESA op 8 oktober. Het onderliggende artikel, "On the Coronal Origin of Magnetic Switchbacks in the Solar Wind" van Jesse T. Coburn en collega's, verschijnt dezelfde dag in Nature Astronomy.
Wat een switchback is
De zon heeft een sterk en onrustig magneetveld. De zonnewind, een continue stroom hete geladen deeltjes, sleept de veldlijnen mee de ruimte in. Onderweg kunnen die lijnen draaien, knappen of terugklappen op zichzelf. Zo'n scherpe terugklap heet een switchback.
Ze worden regelmatig gezien in de buurt van de zon, maar hoe ze ontstaan is jaren onderwerp van discussie geweest. In 2022 stelde Solar Orbiter vast dat switchbacks inderdaad S-vormig zijn, iets wat tot dan toe wel voorspeld was maar niet direct geobserveerd.
Zuurstof en koolstof als vingerafdruk
Deze keer vloog de sonde door een uitzonderlijk grote switchback, op ongeveer de helft van de afstand tussen de aarde en de zon. "Solar Orbiter flew through a very large switchback", zegt hoofdauteur Jesse Coburn van CNRS/LPP in Frankrijk. "Because of this, we were able to sample rarely observed particles there that have tell-tale fingerprints of their origin."
Met het instrument Solar Wind Analyser bemonsterde het team het plasma in de knik. Daarin zat een mengsel van geladen zuurstof- en koolstofdeeltjes dat maar op één manier kan zijn ontstaan: in hete magnetische lussen aan het oppervlak van de zon.
Dat wijst volgens Coburn één van de twee kandidaat-mechanismen aan. "The specific mix of particles detected by Solar Orbiter is the smoking gun for a formation process known as 'interchange reconnection'." Bij dat proces raken zonnegebieden met verschillende magnetische eigenschappen elkaar: open gebieden met veldlijnen die de ruimte in schieten, en gesloten gebieden waarvan de lijnen terugbuigen naar de zon. Waar die twee elkaar ontmoeten kunnen de lijnen samendringen, openknappen en anders aan elkaar vastkoppelen, waardoor plasma dat eerst in een lus opgesloten zat kan ontsnappen.
Beide theorieën kloppen
Het aardige van de meting is dat de concurrerende verklaring niet van tafel gaat. Die tweede theorie schrijft switchbacks toe aan golven en turbulentie. "Excitingly, we also see signs of these, but likely only after the switchback heads out into space", zegt coauteur Stephanie Yardley van Northumbria University in het Verenigd Koninkrijk. "Once the switchback has left the Sun, waves and turbulence take over and govern how it moves."
Daarmee verzoent het resultaat de twee kampen: de knik ontstaat door interchange reconnection aan de zon, en wordt daarna door golven en turbulentie verder gevormd op zijn reis door de ruimte.
Om tot die conclusie te komen combineerde het team de deeltjesmetingen van Solar Orbiter met beelden van de zonneschijf en modellen van het magneetveld van zowel de zon als de omringende ruimte. Daarvoor bouwden de onderzoekers een nieuw model dat de metingen van Solar Orbiter koppelt aan data van de Solar Dynamics Observatory van NASA, om de bron op de zon te kunnen aanwijzen.
Waarom dit telt voor ruimteweer
De bevinding gaat verder dan switchbacks alleen: ze laat zien hoe de zon haar atmosfeer verhit en zonnewinddeeltjes de ruimte in versnelt. Ook blijkt dat de zonneatmosfeer haar signatuur achterlaat in de deeltjes, wat een manier oplevert om de geschiedenis van zonneplasma ook ver van de zon nog te lezen.
Dat is geen academisch detail. "The more we know, the better we can prepare for solar storms to protect our space-based infrastructure and technology", zegt Daniel Müller, ESA-projectwetenschapper voor Solar Orbiter.