Ученые предложили новую теорию о том, что на самом деле питает солнечные вспышки

Фото из открытых источников

Солнечные вспышки — один из наиболее пристально изучаемых процессов в физике Солнца. Отчасти это объясняется тем, что они могут представлять опасность как для жизни и оборудования на Земле, так и, в крайних случаях, даже на ней. Но также и тем, насколько они сложны и интересны. 

В новой статье Прадипа Читты из Института исследований Солнечной системы им. Макса Планка и его соавторов, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, используются данные, собранные космическим аппаратом ESA Solar Orbiter, для наблюдения за процессом формирования мощной солнечной вспышки. Они обнаружили, что традиционная модель, используемая для описания образования солнечных вспышек, неточна, и их лучше рассматривать как результат миниатюрных «магнитных лавин».

30 сентября 2024 года космический аппарат Solar Orbiter наблюдал за определенным участком Солнца, где в итоге образовалась солнечная вспышка. Первые признаки происходящего появились примерно за 30 минут до самой вспышки. Высокоразрешающий микроскоп телескопа EUI на борту орбитального аппарата зафиксировал «непрерывные» слабые события магнитной пересоединения в этой конкретной части солнечной короны.

Камера была настроена на 2-секундный цикл съемки, и каждые две секунды начинали формироваться и рассеиваться новые магнитные плазменные нити. Нити также быстро наматывались и разматывались, подтверждая то, что солнечные физики давно называют канатами. Но, по крайней мере на этом этапе, наблюдалось заметное отсутствие высокоэнергетических частиц, обнаруженных одним из других приборов на борту — STIX, монитором жесткого рентгеновского излучения. Другими словами, вспышка еще не сформировалась.

Со временем, по мере продолжения наблюдений аппаратом Solar Orbiter, магнитные нити начали накапливать энергию, превращаясь в то, что авторы называют «самоорганизующейся критичностью». В качестве аналогии представьте себе кучу песка. Вы можете наращивать песчаную кучу песчинку за песчинкой, пока в конце концов не достигнете точки, где еще одна песчинка (или магнитное напряжение в данном случае) вызовет небольшое смещение на одной из сторон, что, в свою очередь, запустит смещение в соседних песчинках, в конечном итоге приводя к лавине и обрушению песчаной кучи.

Похоже, нечто подобное происходит и с этими магнитными «жгутами» плазмы. После того, как в области накапливается достаточно энергии в виде соединенных магнитных нитей, один конкретный разрыв, ничем не отличающийся от всех предыдущих, вызывает коллапс основного магнитного жгута, что затем приводит к возникновению солнечной вспышки. Традиционно модель этого процесса включает в себя «токовый слой», где растянутые линии магнитного поля за магнитным жгутом опускаются обратно, чтобы магнитно пересоединиться. Считалось, что именно это пересоединение является местом высвобождения энергии, питающей вспышку. Новое исследование показывает, что лавина крошечных отдельных нитей, разрывающихся внутри самого жгута, пересоединяется, что вызывает лавину и, следовательно, высвобождение энергии, питающей вспышку.

После образования вспышки новые данные, полученные с помощью аппарата Solar Orbiter, продемонстрировали еще одно интересное явление — плазменные сгустки, похожие на дождь. Во время вспышки на поверхности Солнца образовались змеевидные линии, называемые лентами вспышки, которые были отчетливо видны на данных Solar Orbiter. Но поскольку эти данные имели гораздо более высокое разрешение, чем предыдущие наблюдения вспышек, они также позволили увидеть небольшие, сверхъяркие точки, движущиеся по магнитным петлям, образующим жгут, и ударяющиеся о ленты. Они выглядели как светящиеся капли дождя, но длились всего несколько секунд и находились на грани возможностей обнаружения аппаратом Orbiter — всего несколько сотен километров в ширину.

Вместо физических сгустков плазмы, падающих обратно на поверхность Солнца, в статье делается вывод, что это на самом деле зоны удара высокоэнергетических частиц, выброшенных в петлю магнитными разобщениями, происходящими наверху. Таким образом, вместо сгустка физического материала это локальные взрывы тепла и света в местах, где высокоэнергетические электроны ударяются о поверхность Солнца, будучи выброшенными вперед магнитным хаосом, происходящим наверху.

Один конкретный момент из последнего раздела показывает, как много нам еще предстоит узнать о процессах на Солнце. Solar Orbiter, одна из самых мощных платформ для наблюдения за Солнцем, пока способна различать детали только в масштабе сотен километров. Это оставляет много возможностей для улучшения понимания более тонких деталей в нашем гигантском звездном соседе, и авторы признают, что необходимо больше данных, чтобы действительно отследить, как эти циклы разрыва и повторного соединения вызывают лавинный процесс. Но, по крайней мере, на данный момент наше понимание солнечной физики сделало еще один шаг вперед благодаря невероятному набору данных и ученым и инженерам, которым удалось его собрать и проанализировать.