Солнечные структуры выявили угрозу для технологий на Земле
Учёные из Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка (MPS) в Германии приблизились к разгадке природы солнечных протуберанцев — гигантских плазменных структур, которые парят над поверхностью Солнца и способны вызывать мощные солнечные выбросы, потенциально опасные для технологий на Земле. Новое исследование раскрывает физические механизмы их формирования, устойчивости и возможного разрушения, а также их роль в космической погоде.
Солнечные протуберанцы представляют собой холодные и динамичные облака плазмы, удерживаемые в солнечной атмосфере магнитными полями. Несмотря на то что они выглядят как «огненные дуги» длиной в тысячи километров, их температура составляет около 10 000 градусов, что значительно ниже температуры окружающей короны, достигающей миллионов градусов.
По плотности эти структуры также резко отличаются от окружающей среды: их вещество примерно в сто раз плотнее корональной плазмы. Исследователи отмечают, что такая разница можно условно сравнить с ситуацией, когда деревянный объект, например корабль, оказывается «подвешенным» в атмосфере у поверхности Земли. Именно магнитные поля удерживают эти массивные структуры против силы тяжести.
Опасность протуберанцев заключается в их нестабильности. Они могут существовать в относительно устойчивом состоянии неделями и даже месяцами, после чего внезапно разрушаться или исчезать. В момент разрушения они выбрасывают в космос поток заряженных частиц, способных влиять на космическую среду вокруг Земли.
Такие события представляют серьёзную угрозу для современной технологической инфраструктуры. Хотя атмосфера Земли частично защищает поверхность планеты от солнечной радиации, экстремальные солнечные явления всё же способны нарушать работу энергетических систем и связи. Особую уязвимость демонстрируют спутниковые системы, на которые сегодня опираются GPS-навигация, коммуникации и множество критически важных сервисов.
Старший автор исследования, директор департамента «Солнце и гелиосфера» MPS Сами К. Соланки отметил, что для защиты инфраструктуры Земли необходимы точные прогнозы космической погоды. По его словам, глубокое понимание природы солнечных протуберанцев является важной частью этой задачи, позволяющей заранее оценивать риски опасных солнечных событий.
В новой работе исследователи с помощью сложного моделирования изучили, как плазма и магнитные поля взаимодействуют в процессе формирования протуберанцев. Они показали, что эти структуры возникают в «впадинах» между магнитными дугами, где турбулентные движения магнитных полей выбрасывают плазму, которая затем оказывается захваченной в этих областях.
Учёные также установили, что протуберанцы постоянно находятся в динамическом равновесии: с одной стороны, часть вещества теряется в виде «плазменного дождя», падающего обратно на поверхность Солнца, а с другой — новые выбросы плазмы пополняют их массу. Этот баланс может со временем нарушаться, что приводит к возможным солнечным вспышкам и выбросам.
Особое внимание в работе уделено температурной структуре солнечной атмосферы. Хромосфера, нижний слой атмосферы Солнца, достигает примерно 20 000 градусов, тогда как видимая поверхность Солнца имеет температуру около 6 000 градусов. Эти перепады температур, а также магнитная динамика играют ключевую роль в поведении протуберанцев и их эволюции.
Исследователи подчёркивают, что ранее моделирование в основном описывало лишь начальное формирование протуберанцев, не учитывая, как они поддерживаются и изменяются со временем. Новая работа восполняет этот пробел, показывая, как взаимодействие магнитных процессов и плазмы определяет их жизненный цикл и возможные сценарии разрушения.
Исследование было в журнале Nature Astronomy.