Что такое солнечные костры и как они могут нагревать корону Солнца до миллиона градусов °C

Аномальную температуру солнечной короны связали с концентрацией магнитного потока в хромосфере.

В 2020 году космический аппарат Solar Orbiter во время наблюдений за Солнцем зафиксировал там около полутора тысяч вспышек, длящихся от 10 до 200 секунд. Их площадь составляет от 400 до 4000 километров, и ученые предполагают, что в них кроется тайна нагрева солнечной короны – внешней части атмосферы Звезды.

Исследователи прозвали эти явления солнечными кострами. Компьютерное моделирование показало, что костры вызваны процессом, который может внести значительный вклад в нагрев внешней атмосферы Солнца.

У Солнца есть загадочная особенность: каким-то образом в разреженной внешней атмосфере звезды содержится газ с температурой в миллион градусов, а температура поверхности Солнца составляет всего 5500 °C. Логика подсказывает, что если ваше тело очень горячее в центре и относительно прохладное на поверхности, то температура будет только падать с дальнейшим отдалением от центра. Но всё это не работает в случае с Солнцем и многими другими звездами. 

«К нашему удивлению, костры расположены очень низко в солнечной атмосфере, всего в нескольких тысячах километров от поверхности Солнца – фотосферы […] Хотя они выглядят как небольшие корональные петли, их длина в среднем немного меньше их высоты, что позволяет предположить, что мы видим только часть из них. Наш предварительный анализ показывает, что костры не меняют своей высоты в течение всего существования, если не считать струйных деталей», – объясняет Дэвид Бергманс, главный исследователь Европейского университетского института во Флоренции.

Международная группа исследователей использовала компьютерную модель, чтобы погрузиться в физику костров, и получила впечатляющие первые результаты.

«Наша модель рассчитывает излучение или энергию Солнца так, как вы ожидали бы от настоящего прибора. Модель генерировала яркость, прямо как солнечные костры. Кроме того, она прослеживала силовые линии магнитного поля, позволяя нам видеть изменения внутри и вокруг костров с течением времени», – Харди Петер, соавтор исследования.

Ученые обнаружили, что в процессе возникновения костров задействован механизм магнитных пересоединений. Магнитное пересоединение, или перезамыкание магнитных линий – это хорошо известное явление, когда силовые линии магнитного поля противоположного направления разрываются, а затем снова соединяются, высвобождая энергию. 

«Наша модель показывает, что энергии, высвобождаемой в результате пересоединения компонентов, может быть достаточно для поддержания температуры солнечной короны, предсказанной на основе наблюдений», – отмечает соавтор исследования Яцзе Чен.

Однако исследователи предупреждают, что их работа все еще находится на начальной стадии и требует дальнейших наблюдений для подтверждения своих выводов. 

На этом рисунке представлено краткое изложение того, что миссия ESA Solar Orbiter, а также компьютерное моделирование показали о солнечных кострах в первый год миссии. Костры – это миниатюрные солнечные вспышки, проявляющиеся как кратковременное повышение яркости в нижней короне, связанное с концентрацией магнитного потока хромосферы. Впервые они были обнаружены в данных тепловизора в крайнем ультрафиолетовом диапазоне, и компьютерное моделирование позволяет понять движущие ими явления магнитного поля

Помимо помощи в раскрытии тайн нагрева короны, Solar Orbiter также поможет ученым собрать воедино данные о слоях атмосферы Солнца и подробнее изучить особенности солнечного ветра, потока высокоэнергетических частиц, испускаемых звездой.

Solar Orbiter в настоящее время находится в «крейсерской фазе», ориентированной в первую очередь на калибровку приборов. С ноября этого года он начнет координированные наблюдения с помощью своего набора из десяти инструментов дистанционного зондирования.

Это видео начинается с демонстрации переходной области на Солнце при температуре около 100 000 °C. Эта граница отделяет относительно холодную хромосферу (слой над фотосферой, видимая поверхность Солнца) от гораздо более горячей короны (внешней атмосферы Солнца, которая может простираться на миллионы километров в космос).

Затем нам показывают нижнюю корону Солнца, нагревающуюся до миллиона градусов. Увеличенное изображение в ультрафиолетовом свете (желтые цвета) подчеркивает детали короны. Далее следует параллельное сравнение с прохладной солнечной хромосферой, отображаемой альфа-каналом Лаймана (розовые цвета).

Наконец, при увеличении в ультрафиолетовых волнах можно увидеть солнечные костры, которые являются самыми маленькими яркими петлями на этих изображениях. Их можно сравнить с миниатюрными солнечными вспышками, проявляющимися в виде кратковременного повышения яркости в нижней короне, и, по-видимому, они связаны с концентрацией магнитного потока в хромосфере.