Ученым удалось отследить процесс возникновения и влияние нановспышек, нагревающих солнечную корону до миллионов градусов, после многих лет исследований.
Атмосфера становится холоднее с увеличением высоты над Землей. Однако на Солнце наблюдается противоположный процесс: его внутренние слои атмосферы нагреты до относительно невысокой температуры в 5000-6000 °С, в то время как внешняя корона достигает температур, исчисляемых миллионами градусов. Этот парадокс до сих пор не имеет окончательного объяснения, хотя еще в 1970-х годах известный специалист по изучению Солнца, Юджин Паркер, высказал предположение, что дополнительное тепло в корону переносят «нановспышки».
Подобные выбросы энергии должны быть значительно более распространенными, чем обычные солнечные вспышки, однако их интенсивность на порядки ниже. Именно поэтому до недавнего времени их было невозможно зафиксировать на столь активной звезде. Лишь в последние годы начали появляться отдельные, непрямые признаки их существования. Так, в короне звезды нашли участки, разогретые именно так, как предсказывает теория нановспышек, а у Земли — поймали высокоэнергетические фотоны, которые могли быть выброшены именно таким процессом.
Современные астрономические приборы обладают достаточной чувствительностью, позволяющей наблюдать нановспышки. Недавно, благодаря спектрографу американского зонда IRIS, были получены первые непосредственные изображения. Об этом сообщают Шах Бахауддин (Shah Bahauddin) и его соавторы в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.
«Из теории мы знаем, что искать, — сказал ученый в интервью пресс-службе NASA, — знаем, какой отпечаток должна оставить нановспышка». Он назвал два ключевых признака такого процесса. Во-первых, как и обычная вспышка, она должна возникать в процессе взрывного пересоединения силовых линий магнитного поля, что отражается крайне резким и мощным разогревом плазмы, нехарактерным для других процессов. Во-вторых, этот разогрев должен достигать короны, а не оставаться в более низких слоях солнечной атмосферы.
Исследователи зафиксировали небольшие петли (их размеры составляют около сотни километров), которые характеризуются исключительной яркостью и располагаются на границе солнечной короны. Температура этих структур достигает миллионов градусов. Кроме того, плазма в них нагревается необычным образом. Солнце сформировано из водорода и гелия, а также содержит незначительное количество других элементов. В ярких петлях более легкие элементы (например, кислород) нагреваются в меньшей степени, чем более тяжелые (например, кремний).
«Легкий мяч покатится по полу быстрее, чем тяжелый, — поясняет Бахауддин. — При этом более тяжелые компоненты выбрасываются со скоростью около 60 миль в секунду (350 тысяч километров в час. — Прим. ред.), в то время как легкие практически не двигаются. Это противоречит здравому смыслу». Именно этот парадокс привлек внимание исследователей и стало для них ключевой подсказкой.
С помощью моделирования были изучены процессы, способные вызывать нагрев солнечной плазмы. Результаты показали, что передача энергии тяжелым ядрам эффективнее, чем легким, только при переключении линий магнитного поля. В момент переключения возникает кратковременный электрический ток, который заставляет ионы плазмы двигаться. Продолжительность движения иона определяет степень его ускорения: более тяжелые ионы, обладающие высокой инерцией, успевают получить больше энергии, в то время как легкие ионы теряют импульс и ускоряются в меньшей степени.
В результате исследования были подтверждены оба признака нановспышек, описанных Бахауддином. Кроме того, расчеты показали, что их появление возможно только в плазме с конкретным соотношением кислорода и кремния. Специалисты проанализировали результаты наблюдений и убедились, что яркие петли соответствуют требуемому содержанию этих элементов.
Наблюдения, проведенные с космической обсерватории SDO, отслеживающей солнечную корону, также подтвердили полученные результаты. Данные показали, что возникновение ярких структур неглубоко под ней через короткий период времени вызывает нагрев соответствующего участка короны. Ученым удалось проследить за десятью подобными явлениями. «Общее время задержки составило 20 секунд, — отмечает Бахауддин. — Мы зафиксировали повышение яркости, после чего корона внезапно перегрелась до миллионов градусов».