Четыре свидетеля одного пересечения. 10 ноября 2017 года четыре спутника MMS пролетали сквозь невидимую границу в солнечном ветре, где магнитные силовые линии перестраиваются и выделяют энергию. Это событие называется магнитным пересоединением, и оно происходит в тонком слое, толщину которого обычно оценивают по данным одного аппарата. Но в этот раз спутники летели строем на расстоянии всего 16 км друг от друга, что меньше длины небольшого города. Такая тесная группа позволила впервые напрямую измерить толщину границы, а не вычислить её по косвенным признакам.

Когда один спутник пересекает границу, он записывает изменение магнитного поля во времени. Чтобы перевести это время в расстояние, нужно знать скорость границы. Обычно её берут из скорости плазмы или солнечного ветра, но это лишь оценка. Четыре аппарата дают другой подход: они регистрируют один и тот же сигнал с задержкой, как четыре микрофона, записывающие один и тот же звук. Измерив задержки между парами спутников с точностью до миллисекунд, можно восстановить и скорость, и ориентацию границы. Авторы применили этот метод к четырём пересечениям: два из них были краями выхлопа пересоединения, то есть области ускоренной плазмы, а два — соседними токовыми слоями.

Результаты оказались обнадёживающими для стандартного метода. Для пассивных краёв выхлопа все три одиночные оценки скорости согласовались с прямым измерением в пределах 4–15%. Толщина восстанавливалась с точностью до десятков процентов, если правильно выбрать нормаль, то есть перпендикуляр к границе. Но на активно пересоединяющемся слое скорость границы превысила локальную скорость плазмы на 29±10%. Это значит, что в таких местах одиночный метод может давать заметную ошибку, потому что граница движется быстрее, чем вещество вокруг неё.

Ещё одно открытие касалось геометрии выхлопа. Нормали двух его краёв различались на 22 градуса с доверительным интервалом 19–26 градусов. Края выхлопа не параллельны, а расходятся, как стенки расширяющейся трубы. Это говорит о том, что выхлоп пересоединения имеет неплоскую форму, и его толщина меняется вдоль потока. Толщины краёв составили 30,5 и 29,2 ионных инерционных длин, что в километрах равно 3140 и 3010 км. Для сравнения, диаметр Земли около 12 700 км, то есть каждый край выхлопа вчетверо тоньше нашей планеты.

Работа впервые проверила стандартный метод оценки толщины на активном пересоединении с помощью четырёх аппаратов. До этого было неизвестно, насколько точны одиночные оценки, потому что прямое сравнение на одних и тех же пересечениях отсутствовало. Теперь ясно: для пассивных границ ошибка не превышает 15% по скорости, но на активном слое может достигать 29%. Метод взаимной корреляции можно применить к архивным данным Cluster и будущим миссиям, таким как HelioSwarm, чтобы набрать статистику по разным условиям солнечного ветра. Четыре свидетеля одного пересечения показали, что даже тонкая граница может рассказать многое, если слушать её внимательно.