Новый анализ утверждает, что повсеместные извержения в солнечной короне объясняют огромный поток заряженных частиц, которые наблюдаются в Солнечной системе.
Потоки заряженных частиц непрерывно поднимаются из атмосферы Солнца и разлетаются во все стороны со скоростью миллионов километров в час, создавая солнечный ветер такой силы, что его предел определяет внешний край нашей Солнечной системы.
Несмотря на огромный размах этого ветра, его формирование долгое время оставалось загадкой. Теперь новый анализ утверждает, что солнечный ветер питается коллективным набором прерывистых, мелкомасштабных реактивных извержений в короне Солнца, или внешнем слое. “Идея похожа на то, как отдельные хлопки в аудитории превращаются в непрерывный рев, когда аудитория аплодирует”, — сказал Крейг Дефорест, физик солнечной энергии из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо, и соавтор исследования.
Хотя ученые уже знали, что корона является домом для небольших струй, которые обычно длятся несколько минут, ранее они обнаружили лишь небольшое их количество, в основном у основания шлейфов, выходящих из более холодных, менее плотных областей короны, известных как корональные дыры.
Новое исследование показывает, что они распространены повсеместно. “Как только вы узнаете, как их найти, вы увидите, что они находятся повсюду, практически в каждой структуре короны все время”, — сказал соавтор исследования Дэн Ситон, физик солнечной системы, который также работает в Юго-Западном исследовательском институте.
Команда обнаружила, что струи, каждая шириной от 1000 до 3000 километров, присутствуют даже во время солнечного минимума, наименее активной фазы 11-летнего цикла Солнца — результат, который согласуется с всепроникающей природой солнечного ветра. “Вы можете случайным образом выбрать любой день, и реактивные струи будут там, точно так же, как солнечный ветер”, — сказал Нур Рауафи, физик-солнечник из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса и ведущий автор исследования.
В статье, излагающей новые результаты, опубликованной ранее в этом году в Astrophysical Journal, команда приводит доказательства того, что струи зажигаются в результате процесса, называемого магнитным пересоединением, который нагревает и ускоряет плазму заряженных частиц. Исследователи предполагают, что затем струи создают волны, которые нагревают корону и позволяют плазме избежать притяжения Солнца и объединиться, образуя солнечный ветер.
“Цифры выглядят многообещающими и показывают, что действительно вполне возможно, что реактивные самолеты могут передавать солнечному ветру массу, потерянную солнцем”, — сказал Чарльз Канкельборг, физик-солнечник из Университета штата Монтана, который не принимал участия в исследовании.
Двигатель
Идея о том, что маломасштабные, прерывистые события могут коллективно приводить в движение солнечный ветер, проистекает из работы Юджина Паркера, физика-первопроходца в области солнечной энергетики, который умер в прошлом году. В 1988 году он предположил, что “рой нановспышек”, приводимый в действие крошечными вспышками магнитного пересоединения, может нагревать корону настолько, чтобы приводить в действие ветер.
Однако найти доказательства этого мелкомасштабного повторного соединения оказалось непросто из-за низкого разрешения магнитных измерений.
Для нового исследования исследователи изучили изображения с высоким разрешением из различных источников, включая обсерваторию солнечной динамики НАСА, спутники GOES-R, наиболее известные как метеорологические спутники, и солнечный телескоп Goode в солнечной обсерватории Биг Беар. Они обнаружили, что корональные области, которые ранее казались лишенными магнитного потока, на самом деле были заполнены сложными магнитными полями. Команда также смогла связать несколько реактивных самолетов с конкретными событиями повторного подключения. Исследователи ожидают, что даже более точные данные о магнитном поле могут выявить более высокие скорости повторного подключения и выброса струй.
Далее команда предположила, что струи создают особый вид волн, называемых волнами Альфвена, которые нагревают корону. Волны Альфвена рассматривались как конкурирующий механизм, который мог бы объяснить солнечный ветер. Но растет мнение о том, что эти процессы могут работать вместе. “Глобальное присутствие этих реактивных двигателей, приводимых в действие переподключением, обеспечивает естественное объяснение как переподключения, так и волн Альфвена, питающих солнечный ветер”, — сказала Джудит Карпен, физик солнечной энергии из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
Исследователи ожидают, что предстоящие усилия позволят выявить корональные процессы с беспрецедентной детализацией. Их надежда заключается в новых телескопах, таких как Daniel K. Солнечный телескоп Inouye в Национальной солнечной обсерватории, а также Solar Orbiter — совместный проект НАСА и Европейского космического агентства, который стартовал в 2020 году.
“Может оказаться, что спектр реактивных струй простирается от относительно крупных событий до нановспышек Паркера в мельчайших масштабах”, — сказал Рауафи.
И реактивные струи могут быть связаны с крупномасштабными событиями на Солнце, такими как вспышки и выбросы корональной массы, сказал Цзе Чжан, физик-солнечник из Университета Джорджа Мейсона. “Мелкомасштабные извержения могут сыграть определенную роль в преобразовании магнитных конфигураций в более когерентные крупномасштабные структуры, которые могут накапливать большое количество энергии до извержения”, — сказал он.
На данный момент новые находки jetlet подтвердили наследие Паркера и его современников. “Вот несколько наблюдений 30 лет спустя, говорящих о том, что они, вероятно, были правы”, — сказал Канкельборг.
Эта статья была первоначально опубликована в блоге Quanta Abstractions.
Ведущее изображение: Обсерватория солнечной динамики НАСА сделала ультрафиолетовое изображение разгорающейся вспышки. Фото: НАСА
Автор: Theo Nicitopoulos