Ученые получили наиболее подробные данные о гелиосферном токовом слое — крупнейшей связной структуре Солнечной системы. Она представляет собой волнообразную область заряженных частиц, формирующуюся там, где Солнце меняет местами магнитные полюса. Исследование команды Кэйити Огасавары из Юго-Западного исследовательского института провели с помощью аппарата Solar Orbiter, созданного в рамках совместной миссии ЕКА и NASA.
13 апреля 2023 года зонд пересек токовый слой на расстоянии около 0,3 астрономической единицы от Солнца. Прибор Heavy Ion Sensor зафиксировал, что структура не является ровной магнитной границей: внутри нее наблюдаются несколько слоев, магнитные аномалии и переменное давление плазмы. Ранее подобные наблюдения проводили в основном вблизи Земли, где солнечный ветер уже успевает измениться.
Перед входом в основную область слоя аппарат обнаружил резкое прекращение быстрых электронных потоков, известных как стралы. Одновременно протоны солнечного ветра ускорились примерно на 50 километров в секунду. Эти признаки указывают на возможную область магнитного пересоединения — процесса, при котором силовые линии магнитного поля разрываются и выбрасывают плазму.
При этом соотношение различных зарядовых состояний углерода и кислорода почти не менялось даже на фоне сильных магнитных колебаний. Такие показатели формируются рядом с Солнцем и фиксируются на расстоянии примерно одной-двух солнечных радиусов, после чего частицы уже не могут легко захватывать или терять электроны. Благодаря этому ученые могут проследить состав солнечного ветра до области его возникновения.
По мере приближения к центру токового слоя аппарат зарегистрировал заметное снижение отношения железа к кислороду. В итоге показатель стал близок к значению, характерному для фотосферы Солнца, а не для обычного солнечного ветра. Исследователи связывают это с тем, что тяжелые ионы железа долго удерживаются в замкнутых магнитных петлях, расположенных рядом с Солнцем, и под действием гравитации опускаются ниже до выброса плазмы в космос.
Кроме того, кислород в токовом слое неоднократно нагревался выше предельного значения, соответствующего его массе. Всплески температуры совпадали с ростом соотношения зарядов O7+ и O6+, но сопровождались снижением аналогичного показателя для углерода. Ученые предполагают, что избирательный нагрев кислорода вызывают альфвеновские циклотронные волны, передающие энергию определенным ионам поперек магнитного поля.