Как краска и динамик могут объяснить физику плазменных струй Солнца

Солнце покрыто шипастыми, сверхгорячими струями плазмы, созданной из электрически заряженных частиц, и теперь ученые выяснили, как эти струи (или спикулы) создаются и поднимаются в атмосферу звезды.

В новом исследовании, проведенном с помощью серии лабораторных экспериментов и моделей, спикулы описываются как капли краски, которые скачут по поверхности динамика во время воспроизведения музыки. Это довольно необычная аналогия, но основная физика, похоже, та же самая.

Когда жидкость помещают над динамиком, излучающим звук, она становится нестабильной и начинает вибрировать выше определенной частоты. Если эта жидкость состоит из так называемых длинных полимерных цепочек - вспомните, например, краску или шампунь, - то жидкость вылетает из динамика удлиненными струями.

Тот же процесс вполне может происходить и над Солнцем, утверждают авторы исследования. Однако не пульсирующий ритм басовой линии порождает спикулы, а магнитное поле, создаваемое электрическими токами внутри Солнца.

"Подстегнутые визуальным сходством между солнечными спикулами и струями краски на динамике, мы исследовали роль магнитных полей на Солнце с помощью современных численных симуляций солнечной плазмы", - говорит физик-экспериментатор Мурти ОВСН из Университета Азима Премджи в Индии.

Подобно тому, как полимерные цепи поддерживают стабильность струй краски над динамиком, магнитное поле вокруг Солнца может поддерживать струи плазмы достаточно стабильными, чтобы выстрелить в определенном направлении от звезды".

Технически говоря, обе системы являются анизотропными, когда свойства чего-либо меняются в зависимости от направления, в котором оно движется - хотя исследователи отмечают, что есть и существенные различия, не в последнюю очередь в масштабах.

Новое исследование ставит под сомнение существующий консенсус о том, что физика коротких солнечных спикул отличается от физики более длинных (и быстрых) солнечных спикул. На самом деле и те, и другие могут быть созданы одними и теми же конвекционными силами в плазме, расположенной непосредственно под видимой солнечной поверхностью (фотосферой).

"Солнечную плазму можно представить себе как нити магнитного поля, подобно длинным цепочкам в полимерных растворах", - говорит астрофизик Сахель Дей из Индийского института астрофизики (IIA).

Странно, но хромосфера Солнца (средний из трех слоев атмосферы) горячее, чем поверхность. Ученые считают, что одной из причин этого могут быть плазменные спикулы, так что это открытие может помочь объяснить не одну солнечную загадку.

Спикулы могут выстреливать на расстояние до 12 000 километров (7 456 миль) от Солнца, прежде чем их вернет вниз гравитация, и они могут достигать ширины 1 100 километров (684 мили). Существует большое разнообразие, но эти вариации были учтены в экспериментах и моделировании, проведенных в данном исследовании.

По оценкам, в любой момент времени над Солнцем находится около 3 миллионов спикул, и исследования того, как именно они образуются, продолжаются. Для получения ответов на эти вопросы потребуется сотрудничество между учеными из нескольких различных областей.

"Это новое объединение солнечных астрономов и экспериментаторов в области конденсированной материи позволило выявить основную причину возникновения малоизученных солнечных спикул", - говорит Аннапурни Субраманиам, директор IIA, которая не принимала непосредственного участия в исследовании.

"Сила объединяющей физики, которая связывает физически разрозненные явления, станет движущей силой гораздо большего междисциплинарного сотрудничества".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.