Первое объяснение загадочных пальцеобразных структур в солнечных вспышках
Солнечные вспышки — это сильные извержения вещества из фотосферы Солнца или звезды в целом. При взрыве вспышка может высвободить энергию, равную десяткам миллионов атомных бомб. Вот почему важно изучать вспышки от нашей звезды, Солнца, чтобы предсказать их воздействие на спутниковые системы Земли и магнитное поле планеты. Примером тому может служить воздействие солнечной бури, которая на прошлой неделе косвенно вызвала сход с орбиты десятков спутников Starlink.
В январе 1999 года ученые наблюдали странные структуры в солнечных вспышках. Казалось, что некоторые из них показывают не только струю, вырывающуюся наружу, но и обратный поток вниз. Как будто материал падает назад. В то время их называли движущимися вниз темными пустотами. Объяснение этим структурам, похожим на длинные пальцы, упирающиеся в фотосферу Солнца, до сих пор не было найдено.
В недавнем астрономы из Гарварда и Смитсоновского центра астрофизики (CfA) выдвинули новую гипотезу о природе нисходящих потоков материи. Теперь научному сообществу известны как наддуговые нисходящие потоки, сокращенно SAD. Чем они вызваны? Должны ли мы беспокоиться?
Ученым известно, что солнечные вспышки вызываются внезапным выбросом энергии, происходящим при повторном соединении силовых линий магнитного поля. Связан ли этот процесс, известный как магнитное пересоединение, напрямую с SAD? Или они происходят независимо от механизма, вызывающего вспышки?
Под руководством астронома CfA Чэнцай Шэнем, который описывает эти структуры как "пальцеобразные", ученые первоначально предположили, что SAD связаны с магнитным пересоединением. Этот процесс происходит, когда магнитные поля распадаются, высвобождая чрезвычайно быстрое и энергичное излучение, а затем восстанавливаются.
Кэти Ривз, соавтор исследования и астроном из CfA, объясняет их гипотезу:
На Солнце существует множество магнитных полей, направленных в разные стороны. Когда все они сталкиваются друг с другом до такой степени, что изменяют свою конфигурацию, они высвобождают большое количество энергии в виде солнечной вспышки. Это как растянуть резинку и перерезать ее посередине: она была растянута, поэтому она упадет обратно.
Их гипотеза могла бы сработать: SAD были бы вызваны прерыванием и "возвращением" нарушенных магнитных полей к Солнцу после солнечной вспышки. Однако большинство наблюдаемых учеными оттоков особенно медленные. Бин Чен, астроном из Технологического института Нью-Джерси, объясняет: "Этого не предсказывают классические модели магнитного пересоединения, которые показывают, что оттоки должны быть намного быстрее. Это требует какого-то другого объяснения".
Чтобы выяснить, что происходит, команда проанализировала данные SAD, полученные с помощью Atmospheric Imaging Assembly (AIA) на борту Обсерватории солнечной динамики НАСА. Спроектированный и построенный частично в CfA под руководством Лаборатории солнечной астрофизики Lockheed Martin, AIA каждые двенадцать секунд делает снимки Солнца в семи различных длинах волн света для измерения изменений в солнечной атмосфере.
На основе данных AIA ученые провели трехмерное моделирование солнечных вспышек и сравнили их с результатами наблюдений. Их результаты показали, что большинство SAD, по-видимому, не порождены явлением магнитного пересоединения. Вместо этого, объяснение, по-видимому, заключается в том, что эти пальцеобразные структуры образуются сами по себе в турбулентной среде под солнечной фотосферой. Они являются результатом взаимодействия двух жидкостей с разной плотностью друг с другом.
Это похоже на то, как мы наблюдаем, что происходит, если вода и масло смешиваются вместе: две очень разные плотности жидкости нестабильны и в конечном итоге разделяются. "Эти похожие на пальцы «темные пустоты» на самом деле являются отсутствием плазмы. Плотность намного ниже, чем у окружающей плазмы", — объясняет Ривз.
Исследователи планируют продолжить изучение этих конкретных структур и других нетипичных солнечных явлений с помощью 3D моделирования. Это позволит им более детально понять механизмы, с помощью которых происходит магнитное пересоединение. В результате можно будет с большей определенностью характеризовать солнечные вспышки, что поможет разработать инструменты для прогнозирования событий и предупреждения об их последствиях.