Свидетельство разогрева частиц нановспышками в короне Солнца

17 октября 2014 в журнале Science была опубликована статья с указаниями на существование нетепловых частиц в корональных петлях на Солнце, импульсно нагреваемых нановспышками. Мы попросили прокомментировать эти результаты доктора физико-математических наук, специалиста по физике Солнца Сергея Богачева.

Если кто-то из читателей знает, что такое солнечная вспышка (а это, по сути, электрический взрыв во внешних слоях атмосферы Солнца), то ему нетрудно понять, что такое нановспышка. Это явление такой же природы, но с энерговыделением в 106–109 раз более слабым, чем наблюдаемое во время крупных вспышек. Хотя с «математической» точки зрения применение термина «нано» в данном случае вполне корректно, все же следует понимать, что речь все равно идет об очень крупных событиях с энерговыделением порядка 1012 МДж. Для сравнения: крупнейшей в России Саяно-Шушенской ГЭС потребуется для выработки такого количества энергии около 100 лет.

Поскольку Солнце очень удалено, то даже такие крупные события наблюдаются на пределе чувствительности, и многие особенности физики нановспышек пока неизвестны. Тем не менее интерес к этим событиям есть, и главной его причиной является то, что нановспышки — одни из кандидатов на загадочный пока источник энергии, нагревающий корону Солнца до температуры более 1 млн градусов.

Статья в Science в целом представляет собой вклад в общее понимание физики нановспышек, хотя и не очень большой. Здесь можно сказать о неком бэкграунде. Чуть более года назад был запущен малый спутника NASA IRIS с солнечным спектрометром с очень хорошим пространственным разрешением (около 200 км). У NASA есть традиция примерно через год-два работы аппаратов публиковать циклы работ в Science, посвященные первым результатам работы миссии. В данном случае вышел сборник по IRIS в рамках такой тематической подборки статей.

В работе обсуждается вопрос о существовании в нановспышках ускоренных частиц. Такие частицы в большом количестве рождаются в обычных вспышках, часто долетая до Земли и вызывая, в частности, полярные сияния. В нановспышках их пока не удается различить. Не удалось это и IRIS, но в данном случае были обнаружены некоторые признаки, что такие частицы действительно появлялись. Чтобы найти эти признаки, авторы выбрали на поверхности Солнца по изображениям IRIS несколько ярких точек, которые смогли отождествить с основаниями магнитных петель. Так как потоки тепла и частиц на Солнце распространяются вдоль силовых линий магнитного поля, то в тех местах, где эти линии пересекаются с поверхностью Солнца, возникает область нагрева — уярчение. Были измерены профили этих уярчений, и возник справедливый вопрос о том, что же их вызвало — тепловой нагрев или частицы. Соответственно, содержательная часть работы состоит в том, что авторы приводят аргументы за и против обеих версий и в итоге приходят к выводу, что аргументов в пользу частиц больше. Главным аргументом они считают, что в этой яркой точке кроме нагрева наблюдалось синее смещение линий спектра, свидетельствующее, что плазма движется вверх. Соответственно, по их мнению, такое поведение плазмы более типично для нагрева частицами.


В целом результат неплохой, но видно, что, к сожалению, даже той точности, которой располагает IRIS, оказалось недостаточно, чтобы получить прямые подтверждения о тех или иных особенностях нановспышек. Даже на уровне разрешения в 200 км все еще приходится опираться на косвенные признаки, а не на факты. Видно, что требуется повышать уровень точности инструментов как минимум в полтора-два раза. В этой связи можно обратить внимание на то, что в Федеральной космической программе России предусмотрен проект более детального солнечного инструмента с разрешением около 70 км — малый космический аппарат с рабочим названием «Арка». Также в Японии сейчас обсуждается проект нового спутника Solar-C, некоторые инструменты которого будут иметь точность около 150 км. Возможно, какие-то прямые данные о солнечном «микромире» удастся получить этим приборам.