Ученые впервые определили состав солнечных частиц высокой энергии

Ученые из США и Великобритании впервые обнаружили источник потенциально опасных солнечных частиц высокой энергии, образующихся во время корональных выбросов на Солнце, а также определили их состав. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

В отличие от солнечных вспышек, во время которых магнитная энергия, накопленная в активных областях на Солнце, реализуется в основном в виде электромагнитного излучения, во время корональных выбросов массы эта энергия расходуется на ускорение огромных масс вещества.

В течение каждого 11-летнего солнечного цикла происходит около ста подобных событий. Частицы солнечной энергии высвобождаются из короны Солнца в огромных облаках плазмы и магнитного поля, формируя быстрый солнечный ветер. Эти частицы обладают высокой энергией и, если они достигают атмосферы Земли, не только порождают полярные сияния, но и потенциально могут нарушить работу спутников и электрического оборудования, а также создать риск радиационного облучения для космонавтов на орбите и людей в самолетах.

Например, в 1859 году, во время так называемого Кэррингтонского события, сильная солнечная буря привела к отказу телеграфных систем по всей Европе и Америке. В современном мире, который так сильно зависит от электронной инфраструктуры, риски намного выше. Поэтому ученые пытаются понять, как образуются эти потоки частиц, чтобы лучше предсказывать их появление и последствия на Земле.

Недавнее исследование ученых из Университетского колледжа Лондона и Университета Джорджа Мейсона в штате Вирджиния в США подтвердило гипотезу о том, что высокоэнергетические солнечные частицы происходят из другого источника, чем медленный солнечный ветер.

Впервые авторы обнаружили солнечные частицы высокой энергии в январе 2014 года. Космический аппарат NASA Wind, предназначенный для изучения солнечного ветра, зафиксировал тогда несколько потоков таких частиц, каждый из которых длился не менее одного дня.

Ученые сравнили эти данные с результатами спектрометрии, полученными от японского научного спутника для исследований в области физики Солнца Hinode, и выяснили, что потоки солнечных частиц приурочены к горячим петлям корональных выбросов, которые находятся в одной из активных областей Солнца, известной как 11944, наблюдаемой с Земли как темное пятно на поверхности звезды.

"В нашем исследовании мы впервые наблюдали, откуда именно на Солнце приходят солнечные энергетические частицы. Наши данные подтверждают гипотезу о том, что эти сильно заряженные частицы происходят из плазмы, удерживаемой в атмосфере Солнца сильными магнитными полями, — приводятся в пресс-релизе Университетского колледжа Лондона слова одного из авторов статьи, доктора Стефани Ярдли (Stephanie Yardley) из Лаборатории космических исследований Малларда. — Эти частицы затем ускоряются извержениями плазмы, которые распространяются со скоростью несколько тысяч километров в секунду".

Авторы также проанализировали состав солнечных частиц высокой энергии и обнаружили, что они имеют те же химические сигнатуры, что и плазма хромосферы — нижней части солнечной атмосферы: повышенные содержания кремния и пониженные — серы.

"Наши наблюдения дают заманчивую возможность заглянуть в то место, откуда происходит материал, который производил солнечные энергетические частицы в нескольких событиях последнего солнечного цикла, — говорит второй автор исследования, доктор Дэвид Брукс (David Brooks) из Университета Джорджа Мейсона. — Сейчас мы находимся в начале нового цикла и будем продолжать наблюдения, используя те же методы, чтобы убедиться в том, что наши результаты верны".

Ученые надеются, что дополнительная важная информация в ближайшие годы будет получена благодаря работе еще двух космических аппаратов — Solar Orbiter Европейского космического агентства и солнечного зонда NASA Parker, который скоро приблизится к Солнцу ближе, чем какой-либо корабль до него.