코로나 홀 내 빠른 태양풍의 원천으로서의 인터체인지 재연결

Nature 618권, 252~256페이지(2023)이 기사 인용

220 알트메트릭

측정항목 세부정보

태양권을 채우는 빠른 태양풍은 '관상 구멍'이라고 불리는 태양의 열린 자기장 영역 깊은 곳에서 발생합니다. 플라즈마 가속을 담당하는 에너지원은 널리 논의되고 있습니다. 그러나 파동 가열1,2 및 인터체인지 재연결3,4,5을 포함한 후보 메커니즘을 통해 궁극적으로 자성이 있다는 증거가 있습니다. 태양 표면 근처의 코로나 자기장은 하강하는 흐름이 강렬한 자기장을 생성하는 '초과립' 대류 세포와 관련된 규모로 구조화됩니다. 이러한 '네트워크' 자기장 다발의 에너지 밀도는 풍력에 대한 후보 에너지원입니다. 여기서 우리는 상호 교환 재연결 메커니즘에 대한 강력한 증거를 제공하는 파커 태양 탐사선(PSP) 우주선6의 빠른 태양풍 흐름 측정을 보고합니다. 우리는 코로나 베이스의 초과립 구조가 태양 근처 태양풍에 각인된 상태로 남아 있어 자기 '스위치백'7,8의 비대칭 패치와 100keV를 초과하는 멱법칙과 같은 에너지 이온 스펙트럼을 갖는 폭발적인 바람 흐름을 초래한다는 것을 보여줍니다. 상호 교환 재연결에 대한 컴퓨터 시뮬레이션은 이온 스펙트럼을 포함한 관측의 주요 특징을 지원합니다. 낮은 코로나에서 인터체인지 재연결의 중요한 특성은 재연결이 충돌이 없고 에너지 방출 속도가 빠른 바람에 전력을 공급하기에 충분하다는 것을 포함하여 데이터에서 추론됩니다. 이 시나리오에서는 자기 재결합이 연속적으로 이루어지며 결과적인 플라즈마 압력과 방사형 알페닉 흐름 파열에 의해 바람이 구동됩니다.

NASA 파커 태양탐사선(PSP)의 최근 측정에 따르면 관상 구멍에서 나오는 태양풍은 수평 흐름과 관련된 기본 초과립 세포와 유사하게 캐링턴 경도9에서 각도 눈금(5~10°)을 갖는 '미세 흐름'으로 구성됩니다. 광구에서10. 그러나 이전 PSP 조우의 발자취는 태양 반대편의 고위도에 있었기 때문에 세포의 자기 구조와 우주선과의 연결성을 확인할 수 없어 미세 흐름의 소스에 대한 완전한 분석이 불가능했습니다. .

Solar Encounter 10(E10)에서 PSP는 광구의 12.3 태양 반경(RS) 내에 들어왔습니다. 그림 1은 근일점 근처에서 수행된 플라즈마11, 에너지 이온12 및 자기장 측정13을 요약합니다. 그림 1a, b의 이온 스펙트로그램은 열 에너지에서 약 85keV까지 확장되며 그림 1c의 양성자 속도와 마찬가지로 지속 시간이 약 10시간에서 약 2시간으로 감소하는 개별 '마이크로스트림'9,14,15으로 구성됩니다. h 우주선이 근일점에 접근할 때. 그림 4b의 데이터(및 나중에 논의됨)는 이온 에너지 분포가 100keV 이상으로 확장되는 고에너지에서의 전력 법칙임을 보여줍니다. 마이크로스트림의 특징적인 구조는 그림 1c에서 빨간색 호로 강조 표시되어 있으며 파란색 추적은 측정된 열 알파 입자 존재비 AHe = nα/np를 나타냅니다(여기서 nα와 np는 각각 알파 입자 밀도와 양성자 수 밀도입니다). 비슷하게 변조된 것입니다. 헬륨의 높은 1차 이온화 잠재력을 위해서는 풍부한 알파 입자가 코로나 바닥이나 채층에 얼어붙어야 합니다16. 따라서 이러한 미세 흐름 구조는 바람 자체에서 조직됩니다. 그림 1d의 행성 간 자기장의 방사형 구성 요소는 큰 진폭의 Alfvénic 필드 반전, '스위치백'도 마이크로 스트림과 연관되어 있음을 보여줍니다. PFSS(Potential Field Source Surface) 모델17,18,19(방법)은 PSP에 연결되고 두 개의 서로 다른 관상 구멍에 대한 연결을 보여주는 자기장의 발점을 추론하는 데 사용됩니다. 태양 표면의 발자국 경도 시계열은 그림 1e에 표시되어 있으며 그림 2a의 193-Å Solar Dynamics Observatory/Extreme Ultraviolet20 이미지에 대해 흰색 다이아몬드로 표시됩니다.