Физики выяснили, как на самом деле создаются плазматические выбросы на Солнце

Спустя более столетия наблюдений и нескольких теорий ученые, кажется, наконец-то выяснили природу быстрых плазматических выбросов, происходящих несколько раз в сутки. Используя высококлассную компьютерную модель, исследователи смогли создать детализированную картину этих плазменных выбросов (джетов), называющихся спикулами. Работа ученых дает ответы на некоторые очень важные для астрономии и гелиофизики вопросы, например, объясняет, как образуются эти плазменные джеты и почему температура внешних слоев атмосферы Солнца гораздо выше, чем температура поверхности светила.

Каждые пять минут спикулы «выстреливают» красные горячие потоки заряженных частиц в солнечную корону – внешний слой атмосферы нашей звезды – со скоростью около 150 километров в секунду. Время продолжительности феномена может составлять до 15 минут. За этот промежуток одновременно активными могут быть до 300 000 спикул.

Любопытная же вещь, связанная с солнечной короной, заключается в том, что она становится совершенно непредсказуемой, если речь идет о ее температуре. Даже несмотря на отдаленность, но благодаря постоянной подпитке горячей плазмы спикулами, ее температура может быть почти на несколько миллионов градусов Кельвина выше температуры поверхности.

Несмотря на то, что о спикулах ученые были осведомлены уже более одного столетия, их природа для исследователей все это время оставалась загадкой. В течение всего этого времени было предложено сразу несколько теорий, пытавшихся ее решить. Например, согласно одной из них, спикулы могут создаваться очень мощными звуковыми волнами. А по результатам более позднего исследования было предложено, что за их формирование отвечает магнитное поле, создающее завихрения в солнечной атмосфере.

Но все эти теории давали лишь частичное объяснение загадки спикул и не могли объяснить полноценную картину их природы, а также ответь на вопрос о том, почему они наблюдаются по всей поверхности Солнца.

Также читать  Учёные случайно создали молекулярную чёрную дыру

В разговоре с ScienceAlert старший сотрудник Лаборатории астрофизики и Солнца Локхид и Мартин (LMSAL) Барт де Понтье отметил, что наблюдение за спикулами с Земли носит ряд ограничений.

Мартинез-Сикоро и его команда разработали компьютерную модель, способную генерировать сценарии создания этих мощных плазматических джетов в реальном времени, позволяя исследователям проследить за изменениями их температуры и физических свойств. И эта модель показывает, что формирование спикул происходит в рамках трех отдельных стадий.

Процесс формирования начинается на поверхности Солнца, где бурлящая плазма начинает взаимодействовать с магнитными полями, скручиваясь и завиваясь в вихревые потоки. Этот процесс создает сильное магнитное напряжение рядом с поверхностью. Далее в рамках процесса, называющегося амбиполярной диффузией, происходит смешивание нейтральных и заряженных частиц, что создает выходной путь для накопившегося магнитного напряжения. Затем, как из рогатки, магнитное напряжение резко высвобождается в атмосферу и уносится в космос с невероятной скоростью.

Для проверки сходности результатов компьютерного моделирования и реального явления команда проанализировала данные, полученные с помощью космического аппарата NASA IRIS и Шведского солнечного телескопа. В результате анализа выяснилось, что моделирование действительно воспроизводит свойства настоящих спикул, включая их размер, скорость и форму.

Помимо решения вековой загадки о том, как формируются спикулы, новое исследование демонстрирует то, как плазматические джеты способны «выстреливать» миллионы Кельвинов тепла в солнечную корону.

Теперь, когда ученые выяснили, как образуются спикулы, они могут заняться более подробным исследованием того, как эти спикулы взаимодействуют с внешними слоями солнечной атмосферы.