Ученые обнаружили на Солнце струи в форме головастиков, вырывающиеся из регионов с интенсивными магнитными полями. Формально названные «псевдошоками», эти структуры состоят полностью из плазмы - электропроводящего материала заряженных частиц, которые составляют приблизительно 99 процентов видимой вселенной. И это открытие открывает путь к одной из самых давних загадок в астрофизике.
Недавно обнаруженные псевдошоки на Солнце сняты космической обсерваторией Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS). © Abhishek Srivastava IIT (BHU) / Joy Ng, NASA's Goddard Space Flight Center
Уже 150 лет ученые пытаются выяснить, почему тонкая верхняя атмосфера Солнца (корона) более чем в 200 раз горячее поверхности Солнца. Этот регион, протянувшийся на миллионы километров, каким-то образом нагревается и выпускает постоянно заряженные частицы, которые несутся сквозь Солнечную систему на сверхзвуковых скоростях.
Когда эти частицы приближаются к Земле, они могут наносить ущерб спутникам и космонавтам, нарушать электросвязь и даже парализовать электрические сети во время особо интенсивных выбросов. Понимание того, как корона становится такой горячей, в конечном итоге может помочь нам понять основную физику, стоящую за причиной этих возмущений.
В последние годы ученые в значительной степени обсуждают два возможных объяснения нагрева короны: нановспышки и электромагнитные волны. Теория нановспышек предполагает взрывы, похожие на взрывы бомб, которые высвобождают энергию в солнечной атмосфере. Они являются крошечными сестрами крупных солнечных вспышек и, вероятно, происходят, когда линии магнитного поля взрывоподобно соединяются, выпуская волну горячих, заряженных частиц.
Альтернативная же теория предлагает тип электромагнитных волн, называемых альфвеновскими волнами. Эти волны могут выталкивать заряженные частицы в атмосферу, как морская волна толкает перед собой катающегося на ней серфера. Теперь ученые считают, что корона может нагреваться не вследствие одного-единственного такого явления, а комбинацией таковых.
И вот теперь открытие псевдошоков выводит на поле нового игрока. В частности, они могут способствовать нагреву короны в определенное время, а именно, когда Солнце активно. Такие солнечные максимумы - наиболее активные периоды одиннадцатилетнего солнечного цикла - характеризуются увеличением числа солнечных пятен, солнечных вспышек и выбросов корональной массы.
Обнаружение же псевдошоков стало в определенном смысле совпадением. В недавнем анализе данных Interface Imaging Spectrograph (IRIS) ученые отметили уникальные удлиненные струи, которые вылетали из солнечных пятен и поднимались на 4800 километров во внутреннюю корону. Солнечные пятна - это прохладные магнитно-активные области на поверхности Солнца. Струи с толстыми головами и истонченными хвостами выглядели для исследователей как головастики, плавающие в солнечных слоях.
«Мы искали волны и всплески плазмы, но вместо этого мы заметили такие динамические псевдошоки, как отдельные плазменные струи, которые не были похожи на настоящие ударные волны, но при этом оказались достаточно энергичными, чтобы восполнить потери солнечного излучения», - говорит Абхишек Шривастава из Индийского технологического института (BHU) в Варанаси (Индия). Он является ведущим автором нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy.
Псевдошоки в форме головастиков в белой рамке происходят из сильных магнитных областей на поверхности Солнца. © Abhishek Srivastava IIT (BHU) / Joy Ng, NASA’s Goddard Space Flight Center
Используя компьютерное моделирование, которое соответствовало событиям, исследователи обнаружили, что эти псевдошоки могут передавать достаточно энергии и плазмы, чтобы нагревать внутреннюю корону. Ученые подозревают, что псевдошоки отталкиваются магнитным переподключением - взрывной переориентацией линий магнитного поля, которая часто происходит в солнечных пятнах и вокруг них. Псевдошоки до сих пор наблюдались только на краях солнечных пятен, но исследователи считают, что они также происходят и в других областях с сильным магнитным полем.
В течение последних пяти лет IRIS наблюдал за Солнцем, сделав за это время более 10 тысяч оборотов вокруг Земли. IRIS - это телескоп, одна из нескольких космических обсерваторий NASA, которые непрерывно наблюдали за Солнцем в течение последних двух десятилетий. Вместе же они работают над тем, чтобы положить конец дебатам о нагреве короны и разгадать другие тайны Солнца.
«С самого начала научные исследования IRIS были сосредоточены на сочетании наблюдений солнечной атмосферы с высоким разрешением с цифровым моделированием, которое отслеживает фундаментальные физические процессы», - рассказал Барт Де Понтье из Лаборатории Солнца и астрофизики Lockheed Martin в Пало-Альто, Калифорния. - «Это исследование является хорошей иллюстрацией того, как такой скоординированный подход может привести к новому физическому пониманию причин динамики солнечной атмосферы».
Самый новый член гелиофизического флота NASA, солнечный зонд «Паркер» (Parker Solar Probe), может дать дополнительные подсказки для решения загадки коронального нагрева. Запущенный в 2018 году космический зонд пролетит через солнечную корону, чтобы отследить, как энергия и тепло движутся через эту область, и исследовать, что ускоряет солнечный ветер и высокоэнергетические частицы солнца. Исследования Parker Solar Probe направлены на изучение явлений, происходящих далеко над регионом, где образуются и происходят псевдошоки, и они смогут пролить свет на другие механизмы нагрева, такие как нановспышки и электромагнитные волны. Эта работа продолжит и дополнит исследования, проведенные зондом IRIS.
«Этот новый механизм нагрева можно сравнить с испытаниями Parker Solar Probe», - считает Алеида Хиггинсон, исполняющая обязанности научного сотрудника Parker Solar Probe из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, Лорел, штат Мэриленд. - «Вместе они могли бы составить исчерпывающую картину коронального нагрева».
0
