Солнечная вспышка, снятая Обсерваторией солнечной динамики НАСА в 20:12 по восточному времени 1 октября 2015 года. Фото: NASA/SDO.
Хотя во многих исследованиях сравнивались магнитные свойства ограниченных и эруптивных солнечных вспышек, немногие из них учитывали термодинамические свойства ограниченных вспышек и еще меньше по сравнению с эруптивными.
Мария Казаченко, доцент кафедры астрофизических и планетарных наук Университета Колорадо в Боулдере, — одна из немногих, кто исследовал эту тему. В статье, опубликованной в The Astrophysical Journal и представленной на AAS Nova, она провела исследование, количественно оценивающее термодинамические и магнитные свойства сотен солнечных вспышек.
Солнечные вспышки — это огромные взрывы электромагнитного излучения Солнца. Они происходят, когда энергия, накопленная в магнитных полях, обычно над солнечными пятнами, внезапно высвобождается. Некоторые вспышки включают корональный выброс массы (КВМ), при котором выбрасывается огромное количество заряженных частиц или плазмы.
Некоторые результаты исследования подтверждают выводы предыдущих исследований. Однако в документе также содержится новая информация, позволяющая предположить, что ограниченные вспышки или вспышки без связанного с ними КВМ могут быть более эффективными для ускорения частиц и, следовательно, для производства ионизирующего излучения.
Что такое солнечная вспышка?
Солнечные вспышки вызваны магнитными полями Солнца, которые наиболее сильны в темных областях, называемых солнечными пятнами. Когда эти поля неактивны, они выглядят как циклы. Однако когда подповерхностные потоки Солнца начинают сдвигать и скручивать солнечные пятна, к которым они привязаны, магнитные поля также скручиваются.
«Вы можете представить это как резиновую ленту, которую вы начинаете скручивать», — объясняет Казаченко. «В какой-то момент вы его порежете, тогда… энергия высвободится, и ваша рука щелкнет».
Подобно тому, как упругая энергия резиновой ленты высвобождается при ее разрезании, часть магнитной энергии Солнца высвобождается во время процесса, называемого магнитным пересоединением. Магнитное пересоединение может принимать разные формы, но «одна из самых простых конфигураций», — говорит Казаченко, — «это когда две противоположно направленные силовые линии прижимаются друг к другу… магнитные поля могут внезапно изменить свою конфигурацию и высвободить огромное количество энергии». , похоже на резинку, которую внезапно разрезают».
Свободная магнитная энергия, выделяющаяся при магнитном пересоединении, сохраняется в плазменных токах. Электрические токи создают магнитные поля, как это видно в электромагнитах, и заряженные частицы, движущиеся в солнечной плазме, действуют аналогичным образом.
Ограниченные и эруптивные вспышки
Хотя некоторые солнечные вспышки связаны с КВМ, когда плазма выбрасывается из солнечной атмосферы в космос, другие — нет. Если солнечная вспышка связана с КВМ, ее считают эруптивной; если у него нет связанного CME, он считается ограниченным. Однако разница между ними глубже, потому что механизмы, определяющие, будет ли вспышка ограниченной или эруптивной, могут также решить, как быстро магнитные поля воссоединятся и сколько жесткого рентгеновского и гамма-излучения она испустит.
Как следует из названия, ограниченные вспышки не могут покинуть солнечную атмосферу из-за сдерживающих воздействий. Эти влияния, известные как связывающие поля, также являются магнитными. По этой причине активные области с большим магнитным потоком также имеют более сильные поля связывания и, следовательно, с меньшей вероятностью будут подвержены извержениям.
По мнению Казаченко, это объясняет, почему ограниченные вспышки, которые она изучала, имели более высокие температуры и пересоединялись быстрее, чем эруптивные вспышки с тем же пиковым потоком рентгеновского излучения: «В ограниченных вспышках пересоединение происходит ниже, потому что у вас очень сильная связь поле активной области, которое не позволяет конструкции подняться вверх… поля сильнее внизу, поэтому пересоединение происходит гораздо быстрее».
Хотя значение более быстрого пересоединения может быть не сразу очевидным, в исследовательской работе поясняется: «Поскольку более высокие скорости пересоединения приводят к более ускоренным ионам и электронам, большие ограниченные вспышки могут быть более эффективными в производстве ионизирующего электромагнитного излучения, чем эруптивные вспышки».
Это не означает, что при переподключении ограниченной вспышки выделяется больше энергии; Фактически, эруптивные вспышки имеют такое же количество пересоединенного потока, что и ограниченные вспышки. Скорее, поскольку энергия высвобождается быстрее в ограниченных вспышках, они могут более эффективно ускорять ионы и электроны из солнечной плазмы.
Космическая погода в Солнечной системе и за ее пределами
Когда дело доходит до космической погоды, наибольшее внимание часто привлекают КВМ и геомагнитные бури, которые они могут вызвать. На это есть веская причина: хотя КВМ редко достигают Земли, последствия, когда они это делают, ужасны.
В худшем случае геомагнитная буря повредит или уничтожит оборудование электропередачи, что приведет к масштабным отключениям электроэнергии. Кроме того, такой шторм нарушит некоторые виды связи, повредит спутниковое оборудование и подвергнет астронавтов и высотных авиаторов потенциально смертельному излучению. Хотя это всего лишь предсказания, доказательства их частично основаны на геомагнитной буре 1859 года, которая имела ярко выраженные последствия, вызвав искрение и пожары на телеграфных станциях.
Исследования, подобные исследованиям Казаченко, способствуют более широкому пониманию того, как работают солнечные вспышки, что может однажды позволить ученым более точно предсказать, когда они произойдут, и, следовательно, избежать наихудших последствий геомагнитной бури, давая людям время принять превентивные меры. Однако ее исследования имеют и более широкое значение.
«Что происходит на других звездах?» — спрашивает Казаченко. «Есть ли там вспышки? Есть ли там КВМ? Судя по недавним исследованиям, кажется, что там тысячи вспышек, но КВМ, корональные выбросы массы, очень трудно определить».
Хотя вполне возможно, что такие звезды, как Солнце, регулярно подвергаются КВМ и что ученые и исследователи просто не могут обнаружить большинство из них, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что ограниченные вспышки играют большую роль в космической погоде других солнечных систем, чем в этой. один. По этой причине, казалось бы, менее впечатляющий тип солнечной вспышки может определить, пригодны ли для жизни экзопланеты, что представляет собой главный интерес для астрономов, ищущих экзопланеты, подходящие для колонизации.
«Итак, это очень фундаментальный вопрос как… для безопасности нашего оборудования, так и для понимания других планет», — говорит Казаченко.
Будущий запрос
По ее словам, хотя Казаченко и открыла уникальное свойство ограниченных солнечных вспышек, еще многое предстоит сделать. Ее исследование предполагает, что ограниченные вспышки восстанавливают магнитные поля быстрее и потенциально ускоряют заряженные частицы более эффективно, чем эруптивные, но свойства этих частиц выходят за рамки его исследования.
По словам Казаченко, необходимо провести последующее исследование. «Там, где вы действительно смотрите на статистическую совокупность ускорений частиц в обеих группах вспышек… но я думаю, что именно за этим будущее: рассматривать не просто одно единичное событие в мельчайших подробностях, но извлекать пользу из этих удивительных наблюдений, которые мы теперь имеем в результате там летает много разных спутников, например, новый спутник Solar Orbiter, запущенный НАСА и Европейским космическим агентством».
Информация от: Университетом Колорадо в Боулдере.
