Den av Europeiska rymdorganisationen ledda Solar Orbiter-missionen har delat upp den ström av energirika partiklar som slungas ut i rymden från solen i två grupper, och spårat var och en av dem tillbaka till olika typer av utbrott från vår stjärna.
Solen är den mest energirika partikelacceleratorn i solsystemet. Den piskar upp elektroner till nästan ljusets hastighet och slungar ut dem i rymden, vilket översvämmar solsystemet med så kallade ”solenergiska elektroner” (SEE).
Forskare har nu använt Solar Orbiter för att lokalisera källan till dessa energirika elektroner och spåra det vi ser i rymden tillbaka till vad som faktiskt händer på solen.
I en artikel publicerad i Astronomy & Astrophysics förklarar de att de har hittat två typer av SEE med tydligt skilda historier: en kopplad till intensiva solutbrott (explosioner från mindre områden på solens yta) och en kopplad till större utbrott av het gas från solens atmosfär (kända som koronala massutbrott, eller CME).
”Vi ser en tydlig skillnad mellan ’impulsiva’ partikelhändelser, där dessa energirika elektroner rusar iväg från solens yta i utbrott via solutbrott, och ’gradvisa’ händelser som är förknippade med mer utdragna CME, som släpper ut en bredare våg av partiklar under längre tidsperioder”, säger huvudförfattaren Alexander Warmuth från Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) i Tyskland.
Ett tydligare samband
Även om forskarna var medvetna om att det fanns två typer av SEE-händelser, kunde Solar Orbiter mäta ett stort antal händelser och titta mycket närmare solen än andra missioner hade gjort, för att avslöja hur de bildas och lämnar ytan på vår stjärna.
”Vi kunde bara identifiera och förstå dessa två grupper genom att observera hundratals händelser på olika avstånd från solen med flera instrument – något som bara Solar Orbiter kan göra”, tillägger Warmuth. ”Genom att komma så nära vår stjärna kunde vi mäta partiklarna i ett ’orört’ tidigt tillstånd och därmed noggrant bestämma tid och plats för när de startade vid solen.”
Flygförseningar
Forskarna upptäckte SEE-händelserna på olika avstånd från solen. Detta gjorde det möjligt för dem att studera hur elektronerna beter sig när de färdas genom solsystemet, vilket gav svar på en långvarig fråga om dessa energirika partiklar.
När vi upptäcker en soleruption eller en CME finns det ofta en uppenbar fördröjning mellan det vi ser hända på solen och utsläppet av energirika elektroner i rymden. I extrema fall verkar det ta timmar för partiklarna att fly. Varför?
”Det visar sig att detta åtminstone delvis har att göra med hur elektronerna färdas genom rymden – det kan vara en fördröjning i utsläppet, men också en fördröjning i detekteringen”, säger medförfattaren och ESA-forskaren Laura Rodríguez-García.
”Elektronerna möter turbulens, sprids i olika riktningar och så vidare, så vi ser dem inte omedelbart. Dessa effekter förstärks ju längre bort från solen man kommer.”
Utrymmet mellan solen och planeterna i solsystemet är inte tomt. En vind av laddade partiklar strömmar ständigt ut från solen och drar med sig solens magnetfält. Den fyller rymden och påverkar hur de energirika elektronerna färdas; istället för att kunna gå vart de vill, begränsas, sprids och störs de av denna vind och dess magnetism.
Studien uppfyller ett viktigt mål för Solar Orbiter: att kontinuerligt övervaka vår stjärna och dess omgivning för att spåra utkastade partiklar tillbaka till deras källor i solen.
”Tack vare Solar Orbiter lär vi känna vår stjärna bättre än någonsin”, säger Daniel Müller, ESA:s projektforskare för Solar Orbiter. ”Under sina första fem år i rymden har Solar Orbiter observerat en mängd solenergiska elektronhändelser. Som ett resultat har vi kunnat utföra detaljerade analyser och sammanställa en unik databas som hela världen kan utforska.”
Hålla jorden säker
Upptäckten är avgörande för vår förståelse av rymdväder, där noggranna prognoser är avgörande för att våra rymdfarkoster ska kunna fungera och vara säkra. En av de två typerna av SEE-händelser är viktigare för rymdvädret: den som är kopplad till CME, som tenderar att innehålla fler högenergipartiklar och därmed hotar att orsaka mycket större skador. På grund av detta är det oerhört viktigt för våra prognoser att kunna skilja mellan de två typerna av energiska elektroner.
”Kunskap som denna från Solar Orbiter kommer att bidra till att skydda andra rymdfarkoster i framtiden, genom att vi bättre förstår de energirika partiklar från solen som hotar våra astronauter och satelliter”, tillägger Daniel.
”Forskningen är ett riktigt bra exempel på kraften i samarbete – den var endast möjlig tack vare den kombinerade expertisen och lagarbetet hos europeiska forskare, instrumentteam från ESA:s medlemsländer och kollegor från USA.”
Framöver kommer ESA:s Vigil-mission att vara banbrytande med ett revolutionerande tillvägagångssätt, där man för första gången operativt observerar solens ”sida” och därmed får kontinuerlig insikt i solens aktivitet. Vigil, som ska lanseras 2031, kommer att upptäcka potentiellt farliga solfenomen innan de syns från jorden, vilket ger oss förhandsinformation om deras hastighet, riktning och sannolikhet för påverkan.
Vår förståelse av hur vår planet reagerar på solstormar kommer också att undersökas ytterligare med lanseringen av ESA:s Smile-uppdrag nästa år. Smile kommer att studera hur jorden klarar den obevekliga ”vinden” och sporadiska utbrott av våldsamma partiklar som kastas mot oss från solen, och utforska hur partiklarna interagerar med vår planets skyddande magnetfält.
Solar Orbiter är ett rymduppdrag som är ett internationellt samarbete mellan ESA och NASA och drivs av ESA.
Mer information: CoSEE-Cat: en omfattande katalog över solenergiska elektronhändelser som erhållits från kombinerade in situ- och fjärranalysobservationer från Solar Orbiter, Astronomy and Astrophysics (2025). DOI: 10.1051/0004-6361/202554830
