Сонячні спалахи — найпотужніші вибухи в Сонячній системі, і їхня дія відчутна навіть на Землі. Нове дослідження, про яке розповідає Universe Today, показує, що ці події вивільняють енергію не одним рівномірним ударом, а цілою серією дрібних «вибухів», які можна «прочитати» за візерунками на поверхні Сонця.
Сонячні спалахи пов’язані з корональними викидами маси (CME), які можуть спричиняти полярні сяйва, але також загрожують радіозв’язку, супутниковій навігації та електромережам. Тому вчені намагаються детально зрозуміти, як саме спалахи запускаються та як вони вивільняють енергію.
Як народжується сонячний спалах
Спалахи виникають у зовнішньому шарі Сонця — короні. Там магнітні поля постійно закручуються й перекручуються. Коли напруження стає надто великим, відбувається магнітне перез’єднання: лінії поля «ламаються» і з’єднуються в більш просту й стабільну конфігурацію. Частина накопиченої енергії тоді раптово вивільняється у вигляді спалаху.
За потужністю спалахи класифікують за рентгенівською яскравістю: від найслабших класів A, B, C до сильніших M і найенергійніших X. Кожна наступна літера означає приблизно десятикратне зростання енергії. Окремий великий спалах може дорівнювати одночасному вибуху мільйонів або навіть мільярдів водневих бомб.
Проте сама корона прихована в яскравому сяйві Сонця, і безпосередньо спостерігати там процеси перез’єднання складно. Тому астрофізики шукають непрямі «сліди» цих подій.
Стрічки спалаху як «відбитки» прихованих процесів
У новій роботі, опублікованій в The Astrophysical Journal, команда на чолі з Марселем Корчадо Альбело (Marcel Corchado Albelo) з Національного наукового фонду США зосередилася на так званих стрічках спалаху. Це яскраві смуги плазми та високоенергетичних частинок, які під час перез’єднання спрямовуються вздовж магнітних ліній назад до Сонця й вдаряються в хромосферу, змушуючи її світитися.
Автори пояснюють, що дрібна структура цих стрічок може бути пов’язана з тим, як у короні «розшаровується» струмовий шар, де відбувається перез’єднання. Тобто складний візерунок на видимій поверхні може відображати те, що діється у важкодоступній для спостережень зоні вище.
Дослідники розробили метод, який дозволяє кількісно описати, як змінюється просторово складна форма стрічок і їхніх дрібних фрагментів. Спершу вони перевірили підхід на синтетичних даних, а потім застосували його до реального спалаху.
Аналіз спалаху класу M6.5
Модель протестували на спалаху класу M6.5, що стався 22 червня 2015 року. Для цього використали спостереження з космічного апарата Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS), який із 2013 року детально вивчає перехідну область між фотосферою, хромосферою та короною.
З’ясувалося, що енергія спалаху не осідає в хромосфері рівномірно. Замість однієї суцільної зони нагріву стрічка розпадається на безліч фрагментів різного розміру, і енергія надходить у вигляді серії імпульсів.
За словами Корчадо Альбело, уперше експериментально показано фізичний зв’язок між нерівними, «рваними» контурами стрічок і структурою області, де відбувається перетворення магнітної енергії у теплову та кінетичну. Схематичне зображення з роботи демонструє, як дрібні деталі на межі стрічки відповідають багатошаровій зоні перез’єднання в короні, розбитій на кілька внутрішніх регіонів, з’єднаних особливими магнітними лініями.
Співавторка дослідження Марія Казаченко (Maria Kazachenko) з Національної сонячної обсерваторії зазначає, що численні моделювання вже давно передбачали певну поведінку меж стрічок спалаху, але донині не було кількісного спостережного тесту для цих прогнозів. Новий інструмент, запозичений із зовсім іншої галузі, показав: зі зростанням швидкості перез’єднання зростає й складність форми стрічок.
Новий діагностичний інструмент для вивчення спалахів
Головна ідея роботи полягає в тому, що, аналізуючи нерівності та фрагментацію стрічок спалаху на поверхні Сонця, можна робити висновки про те, як у короні «розпадається» струмовий шар. Автори пишуть, що наростання просторової складності стрічок на різних масштабах може слугувати спостережним показником фрагментації струмового шару в короні.
Сам по собі цей підхід ще не дає змоги передбачати, коли саме станеться спалах чи наскільки він буде сильним. Однак він уточнює картину того, як спалахи вивільняють енергію, і стане важливою частиною більш повних моделей сонячної активності.
У підсумку дослідники називають свою роботу першим кроком до кількісного зв’язку між формою стрічок спалаху та динамікою магнітного перез’єднання. Надалі подібні методи можуть допомогти краще зрозуміти, як саме Сонце генерує події, що впливають на космічну погоду й технологічну інфраструктуру на Землі.