The researchers have studied the turbulence in Sun’s corona using rádio signals sent to Earth by the ultra-low-cost Mars orbiter when the Earth and Mars were in conjunction on the opposite sides of the Sun (the conjunction usually happens once in approximately two years). The rádio signály z orbiter had passed through the corona region of Sun at a close distance of 10 Rʘ (1 Rʘ = sluneční radii = 696,340 km). The frequency residual of the received signal was analyzed to obtain coronal turbulence spectrum. The findings seemed to be consistent with in-situ findings of Parker Sluneční Probe. This study provided a very low-cost opportunity to study dynamics in coronal region (in absence of a very high cost in-situ sluneční probe) and a new insight into how investigation of turbulence in sluneční coronal region using radio signals sent by a Mars orbiter to Earth can help improve prediction of sluneční activity which is of great significance for life forms and the civilization on Earth.
Projekt Mars Orbiter Mission (MOM) of Indian space Výzkumná organizace (ISRO) byla spuštěna 5. listopadu 2013 s plánovanou dobou trvání mise 6 měsíců. Zdaleka překročila svou životnost a v současné době je ve fázi prodloužené mise.
A team of researchers used radio signals from the orbiter studovat sluneční corona when the Earth and Mars were on opposite sides of the Sun. During the periods of conjunction, which usually happen once in approximately two years, radio signals from the orbiter cross through the sluneční coronal region as close as 10 Rʘ (1 Rʘ = sluneční radii = 696,340 km) helio-altitude from the center of Sun and gives opportunities to study sluneční dynamika.
Projekt sluneční corona is the region where temperature can be as high as several million degrees centigrade. The solar winds originate and accelerate in this region and engulf interplanetary prostory which shape the magnetosphere of planets and affect the prostor weather near-Earth environment. Studying this is an important imperative1. Mít sondu in-situ by bylo ideální, ale použití rádiových signálů (vysílaných kosmickou lodí a přijatých na Zemi po cestování koronální oblastí poskytuje vynikající alternativu).
V nedávném článku2 publikované v Monthly Notices of Royal Astronomical Society, vědci studovali turbulence ve sluneční koronální oblasti během období klesající fáze slunečního cyklu a uvádějí, že sluneční větry se zrychlují a jejich přechod ze subalfvenického na super-alfvenické proudění nastává kolem 10.–15. Rʘ. Dosahují nasycení při poměrně nižších helio-nadmořských výškách ve srovnání s obdobím vysoké sluneční aktivity. Mimochodem, toto zjištění se zdá být podpořeno přímým pozorováním sluneční korony Parker Probe3 stejně.
Vzhledem k tomu, že sluneční koróna je nabité plazmatické médium a má vlastní turbulenci, zavádí disperzní efekty v parametrech elektromagnetických rádiových vln, které jí procházejí. Turbulence v koronálním prostředí způsobuje kolísání hustoty plazmatu, které je registrováno jako kolísání fáze rádiových vln vystupujících tímto prostředím. Rádiové signály přijaté na pozemní stanici tedy obsahují signaturu šířícího se média a jsou spektrálně analyzovány pro odvození spektra turbulence v médiu. To tvoří základ koronální radiosondové techniky, kterou kosmická loď používá ke studiu koronálních oblastí.
Dopplerovské frekvenční rezidua získané ze signálů jsou spektrálně analyzovány za účelem získání spektra koronální turbulence na heliocentrických vzdálenostech v rozmezí 4 až 20 Rʘ. To je oblast, kde se sluneční vítr primárně zrychluje. Změny v režimu turbulence se dobře odrážejí v hodnotách spektrálních indexů spektra fluktuace časové frekvence. Bylo pozorováno, že výkonové spektrum turbulence (časové spektrum frekvenčních fluktuací) v nižší heliocentrické vzdálenosti (<10 Rʘ) se zploštilo v oblastech nižších frekvencí s nižším spektrálním indexem, který odpovídá oblasti zrychlení slunečního větru. Nižší hodnoty spektrálního indexu blíže k povrchu Slunce označují režim vstupu energie, kde je turbulence stále nedostatečně rozvinutá. Pro větší heliocentrické vzdálenosti (> 10Rʘ) je křivka strmější se spektrálním indexem blízkým 2/3, což svědčí pro inerciální režimy rozvinuté turbulence Kolmogorova typu, kde je energie přenášena kaskádovitě.
Celkové rysy spektra turbulence závisí na faktorech, jako je fáze cyklu sluneční aktivity, relativní převaha solárně aktivních oblastí a koronální díry. Tato práce založená na datech MOM uvádí pohled na slabá maxima slunečního cyklu 24, který je zaznamenán jako zvláštní sluneční cyklus z hlediska celkově nižší aktivity než jiné předchozí cykly.
Je zajímavé, že tato studie ukazuje velmi levný způsob, jak zkoumat a monitorovat turbulence ve sluneční koronální oblasti pomocí metody rádiového sondování. To může být nesmírně užitečné při udržování přehledu o sluneční aktivitě, která zase může být klíčová při předpovídání veškerého důležitého slunečního počasí, zejména v blízkosti Země.
***
Reference:
- Prasad U., 2021. space Weather, Solar Wind Disturbances and Radio Bursts. Scientific European. Published 11 February 2021. Available at http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/space-weather-solar-wind-disturbances-and-radio-bursts/
- Jain R., et al 2022. Studie o solární koronální dynamice během post-maximální fáze slunečního cyklu 24 pomocí rádiových signálů v pásmu S z indické mise orbiteru Mars. Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti, stac056. Přijato v původní podobě 26. září 2021. Publikováno 13. ledna 2022. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stac056
- J. C. Kasper a kol. Sonda Parker Solar Probe vstupuje do magneticky ovládané sluneční koróny. Phys. Rev. Lett. 127, 255101. Přijato 31. října 2021. Publikováno 14. prosince 2021. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.255101
***
