Wide-field Imager for Parker Solar Probe (WISPR) Science Team, ledd av U.S. Naval Research Laboratory (NRL), fångade utvecklingen av turbulens när en Coronal Mass Ejection (CME) interagerade med den omgivande solvinden i det cirkumsolära rymden. Denna upptäckt rapporteras i Astrophysical Journal .
Det NRL-byggda WISPR-teleskopet på NASA:s Parker Solar Probe (PSP)-uppdrag, som drivs av Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL), fångade i oöverträffad detalj interaktionen mellan en CME och dess unika plats i solens atmosfär. bakgrunden omgivande solvind.
Till WISPR-teamets förvåning visade bilder från ett av teleskopen vad som verkade vara turbulenta virvlar, så kallade Kelvin-Helmholtz-instabiliteter (KHI). Sådana strukturer har avbildats i den terrestra atmosfären som tåg av halvmånevågliknande moln och är resultatet av stark vindskjuvning mellan de övre och nedre nivåerna av molnet. Detta fenomen, även om det sällan avbildas, tros inträffa regelbundet i vätskeflödets gränssnitt när de rätta förhållandena uppstår.
"Vi förutsåg aldrig att KHI-strukturer skulle kunna utvecklas till tillräckligt stora skalor för att avbildas i synligt ljus CME-bilder i heliosfären när vi designade instrumentet", säger Angelos Vourlidas, Ph.D., JHUAPL och WISPR Project Scientist.
"Dessa fina detaljerade observationer visar kraften hos WISPR-detektorn med hög känslighet kombinerat med den närbildsutsikt som Parker Solar Probes unika sol-mötesbana ger", säger Mark Linton, Ph.D., chef för NRL Heliophysics Theory and Modeling. Sektion och huvudutredare för WISPR-instrumentet.
Det skarpa ögat från en tidig karriärmedlem i WISPR-teamet, Evangelos Paouris, Ph.D., George Mason University upptäckte KHI-strukturerna. Paouris och hans WISPR-kollegor genomförde en grundlig undersökning för att verifiera att strukturerna verkligen var KHI-vågor. Resultaten rapporterar inte bara om ett extremt sällsynt fenomen, även på jorden, utan öppnar också ett nytt utredningsfönster med viktiga konsekvenser för civilsamhället och försvarsdepartementet (DOD).
"Turbulensen som ger upphov till KHI spelar en grundläggande roll för att reglera dynamiken hos CME:er som flödar genom den omgivande solvinden. Därför är förståelse för turbulens nyckeln för att uppnå en djupare förståelse av CMEs evolution och kinematik", säger Paris. I förlängningen kommer denna kunskap att leda till mer exakta prognoser av ankomsten av CME i jordens närhet och deras effekter på civila och DODs rymdtillgångar, vilket skyddar samhället och krigsfightern.
"Den direkta avbildningen av extraordinära efemära fenomen som KHI med WISPR/PSP är en upptäckt som öppnar ett nytt fönster för att förstå bättre CME-utbredning och deras interaktion med den omgivande solvinden," sa Paouris.
WISPR är det enda bildinstrumentet ombord på NASA Parker Solar Probe-uppdraget. Instrumentet, designat, utvecklat och ledd av NRL, registrerar bilder i synligt ljus av solkoronan och solutflödet i två överlappande kameror som tillsammans observerar mer än 100 graders vinkelbredd från solen.
Detta NASA-uppdrag reser närmare solen än något annat uppdrag. PSP använder en serie Venus förbiflygningar för att gradvis minska sin perihelion från 36 solradier 2018 till 9,5 år 2025. Uppdraget närmar sig sin 19:e perihelion den 30 mars 2024, på ett avstånd av 11,5 solradier från solens centrum.
Genom att observera data fann teamet att Kelvin-Helmholtz-instabiliteten exciteras vid gränsen mellan CME och den omgivande vinden, eftersom de två flyter med distinkt olika hastigheter. De resulterande virvelliknande strukturerna analyseras med avseende på vad Kelvin-Helmholtz-instabiliteten förutsäger, och slutsatser presenteras om vad den lokala magnetfältets styrka och densitet måste vara för att tillåta sådan instabilitet i denna miljö.
Mer information: Evangelos Paouris et al, First Direct Imaging of a Kelvin–Helmholtz Instability av PSP/WISPR, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad2208
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift
Tillhandahålls av Naval Research Laboratory
