Den 17 april 2021 var en dag som alla andra dagar på solen, tills en lysande blixt bröt ut och ett enormt moln av solmaterial böljade bort från vår stjärna. Sådana utbrott från solen är inte ovanliga, men den här var ovanligt utbredd och slungade protoner och elektroner i hög hastighet med hastigheter som närmade sig ljusets hastighet och träffade flera rymdfarkoster över det inre solsystemet.
Faktum är att det var första gången sådana höghastighetsprotoner och elektroner – kallade solenergipartiklar (SEP) – observerades av rymdfarkoster på fem olika, väl åtskilda platser mellan solen och jorden samt av rymdfarkoster som kretsade runt Mars. Och nu avslöjar dessa olika perspektiv på solstormen att olika typer av potentiellt farliga SEP kan sprängas ut i rymden av olika solfenomen och i olika riktningar, vilket får dem att bli utbredda.
"SEPs kan skada vår teknik, som satelliter, och störa GPS", säger Nina Dresing vid institutionen för fysik och astronomi, Åbo universitet i Finland. "Också, människor i rymden eller till och med på flygplan på polarvägar kan drabbas av skadlig strålning under starka SEP-händelser."
Forskare som Dresing är angelägna om att ta reda på exakt var dessa partiklar kommer ifrån – och vad som driver dem till så höga hastigheter – för att bättre lära sig hur man skyddar människor och teknik som skadar dem. Dresing ledde ett team av forskare som analyserade vilka typer av partiklar som träffade varje rymdfarkost och när. Teamet publicerade sina resultat i tidskriften Astronomy &Astrophysics .
För närvarande på väg till Merkurius var rymdfarkosten BepiColombo, ett gemensamt uppdrag av ESA (Europeiska rymdorganisationen) och JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), närmast explosionens direkta skottlinje och slogs med de mest intensiva partiklarna. Samtidigt befann sig NASA:s Parker Solar Probe och ESA:s Solar Orbiter på motsatta sidor av blossen, men Parker Solar Probe var närmare solen, så den fick en hårdare träff än Solar Orbiter gjorde.
Näst på tur var en av NASA:s två rymdfarkoster Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO), STEREO-A, följt av NASA/ESA Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) och NASA:s rymdfarkoster Wind, som var närmare jorden och långt borta från explosionen . Omkring Mars, NASA:s MAVEN och ESA:s Mars Express rymdfarkoster var de sista som kände av partiklar från händelsen.
Sammanlagt upptäcktes partiklarna över 210 longitudinella grader av rymd (nästan två tredjedelar av vägen runt solen) - vilket är en mycket bredare vinkel än vad som vanligtvis täcks av solutbrott. Dessutom registrerade varje rymdfarkost en annan flod av elektroner och protoner på sin plats. Skillnaderna i ankomsten och egenskaperna hos de partiklar som registrerats av de olika rymdfarkosterna hjälpte forskarna att pussla ihop när och under vilka förhållanden SEP:erna kastades ut i rymden.
Dessa ledtrådar antydde för Dresings team att SEP:erna inte sprängdes ut av en enda källa på en gång utan drevs i olika riktningar och vid olika tidpunkter potentiellt av olika typer av solutbrott.
"Flera källor bidrar sannolikt till denna händelse, vilket förklarar dess breda spridning", säger gruppmedlem Georgia de Nolfo, en heliofysisk forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Det verkar också som om protoner och elektroner kan komma från olika källor för denna händelse."
Teamet drog slutsatsen att elektronerna sannolikt drevs ut i rymden snabbt av den initiala ljusblixten - en solflamma - medan protonerna drevs fram långsammare, troligen av en stötvåg från molnet av solmaterial, eller koronal massutkastning.
"Det här är inte första gången som folk har gissat att elektroner och protoner har haft olika källor för sin acceleration," sa de Nolfo. "Denna mätning var unik genom att de många perspektiven gjorde det möjligt för forskare att separera de olika processerna bättre, för att bekräfta att elektroner och protoner kan härröra från olika processer."
Utöver blossen och koronala massutkastningen registrerade rymdfarkoster fyra grupper av radioskurar från solen under händelsen, som kunde ha åtföljts av fyra olika partikelexplosioner i olika riktningar. Denna observation kan hjälpa till att förklara hur partiklarna blev så utbredda.
"Vi hade olika distinkta partikelinjektionsepisoder - som gick åt avsevärt olika riktningar - alla bidrog tillsammans till evenemangets utbredda karaktär," sa Dressing.
"Det här evenemanget kunde visa hur viktiga flera perspektiv är för att reda ut evenemangets komplexitet", sa de Nolfo.
Dessa resultat visar löftet om framtida NASA heliofysikuppdrag som kommer att använda flera rymdfarkoster för att studera utbredda fenomen, såsom Geospace Dynamics Constellation (GDC), SunRISE, PUNCH och HelioSwarm. Medan en enda rymdfarkost kan avslöja förhållanden lokalt, ger flera rymdfarkoster som kretsar på olika platser djupare vetenskaplig insikt och ger en mer komplett bild av vad som händer i rymden och runt vår hemplanet.
Den förhandsgranskar också det arbete som kommer att göras av framtida uppdrag som MUSE, IMAP och ESCAPADE, som kommer att studera explosiva solhändelser och accelerationen av partiklar in i solsystemet.
Mer information: N. Dresing et al, Den 17 april 2021 utbredda solenergipartikelhändelse, Astronomy &Astrophysics (2023). DOI:10.1051/0004-6361/202345938
Tillhandahålls av NASA
