«Неправильное» поведение магнитного поля в солнечных вспышках обусловлено турбулентностью

Когда солнечная вспышка, наполненная разреженными частицами, извергается из солнечного нутра, её магнитное поле ведёт себе не так, как предсказывает наша с вами физика. «Вмороженное» магнитное поле и, соответственно, магнитные силовые линии должны утекать в ногу с этими частицами, но линии эти, напротив, часто разрываются, а затем быстро пересоединяются, причём таким образом, что всё это давно уже вводит астрофизиков в краску.


В исследовании, предпринятом под руководством Грегори Аинка (Gregory Eyink) из Университета Джонса Хопкинса(США), предположительно, содержатся ключи к пониманию того, почему это происходит.

Теорема вмороженного потока, которой пользуются для объяснения поведения магнитных полей в плазме, появилась 70 лет назад благодаря Альфвену Ханнесу. Вот её основная идея: магнитные силовые линии распространяются вдоль движущихся потоков вещества и неотъемлемы от него в той же степени, что берега от реки. Вот и получается, что за обозримое время они не могут быть «разорваны» или пересоединены.

Но некоторое время назад стали замечать, что в действительности пересоединение происходит, причём в случае вспышек на Солнце для этого зачастую хватает четверти часа, а не нескольких миллионов лет, как следует из теоремы. «Большой проблемой астрофизики стало то, что никто не может объяснить, почему вмороженный поток работает в некоторых случаях и не работает в прочих», — сокрушается Грегори Аинк.

Учёные попытались смоделировать процессы, происходящие в солнечной плазме при наблюдаемых быстрых пересоединениях. Симуляция показала, что как только плазма становится турбулентной, вмороженный поток перестаёт существовать. На первый взгляд, это странно, ведь с ростом турбулентности плазмы её проводимость даже увеличивается, то есть должно быть прямо наоборот, и роль вмороженного потока для таких случаев, по идее, выше. «Фактически же он перестаёт работать вообще, — подчёркивает учёный. — Что оказалось ещё бóльшим сюрпризом, движение магнитных силовых линий при турбулентности становится совершенно случайным. Я не говорю «хаотичным» [речь не о хаосе]. Линии обретают столь же непредсказуемое поведение, как и квантовая механика. Вместо того чтобы течь в упорядоченной, детерминированной манере, они загибаются в сторону, словно взбаламученный столб дыма».


Нельзя сказать, чтобы довольно сложная модель поведения Солнца во время вспышек, выстроенная исследователем и его группой, удовлетворила всех. Многие сторонние учёные по-прежнему ищут другое объяснение происходящему. Однако г-н Аинк убежден: «Я думаю, мы смогли убедительно показать, что турбулентность сама по себе без влияния посторонних факторов может отвечать за разрыв силовых линий магнитного поля».

Заметим, что именно пертурбации магнитного поля на Солнце отвечают за такие события, как недавняя магнитная буря на планете, оттого понимание столь драматических процессов, происходящих в солнечной короне, жизненно важно для прогнозирования воздействий этих событий на Землю.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Университета Джонса Хопкинса.