Спустя более столетия наблюдений и нескольких теорий ученые, кажется, наконец-то выяснили природу быстрых плазматических выбросов, происходящих несколько раз в сутки. Используя высококлассную компьютерную модель, исследователи смогли создать детализированную картину этих плазменных выбросов (джетов), называющихся спикулами. Работа ученых дает ответы на некоторые очень важные для астрономии и гелиофизики вопросы, например, объясняет, как образуются эти плазменные джеты и почему температура внешних слоев атмосферы Солнца гораздо выше, чем температура поверхности светила.

«Это первая компьютерная модель, с помощью которой удалось воспроизвести все особенности, наблюдавшиеся внутри спикул», — комментирует Хуан Мартинез-Сикора, ведущий автор исследования и астрофизик из Научно-исследовательского института по проблемам окружающей среды (Калифорния, США).

Каждые пять минут спикулы «выстреливают» красные горячие потоки заряженных частиц в солнечную корону – внешний слой атмосферы нашей звезды – со скоростью около 150 километров в секунду. Время продолжительности феномена может составлять до 15 минут. За этот промежуток одновременно активными могут быть до 300 000 спикул.

Любопытная же вещь, связанная с солнечной короной, заключается в том, что она становится совершенно непредсказуемой, если речь идет о ее температуре. Даже несмотря на отдаленность, но благодаря постоянной подпитке горячей плазмы спикулами, ее температура может быть почти на несколько миллионов градусов Кельвина выше температуры поверхности.

Несмотря на то, что о спикулах ученые были осведомлены уже более одного столетия, их природа для исследователей все это время оставалась загадкой. В течение всего этого времени было предложено сразу несколько теорий, пытавшихся ее решить. Например, согласно одной из них, спикулы могут создаваться очень мощными звуковыми волнами. А по результатам более позднего исследования было предложено, что за их формирование отвечает магнитное поле, создающее завихрения в солнечной атмосфере.

Но все эти теории давали лишь частичное объяснение загадки спикул и не могли объяснить полноценную картину их природы, а также ответь на вопрос о том, почему они наблюдаются по всей поверхности Солнца.

В разговоре с ScienceAlert старший сотрудник Лаборатории астрофизики и Солнца Локхид и Мартин (LMSAL) Барт де Понтье отметил, что наблюдение за спикулами с Земли носит ряд ограничений.

«Очень сложно получить четкий вид на то, что именно делают эти спикулы, так как земная атмосфера искажает картинку. Но благодаря космическим телескопам мы теперь видим, как на самом деле выглядят спикулы», — прокомментировал де Понтье, являющийся соавтором последних опубликованных исследований.

Мартинез-Сикоро и его команда разработали компьютерную модель, способную генерировать сценарии создания этих мощных плазматических джетов в реальном времени, позволяя исследователям проследить за изменениями их температуры и физических свойств. И эта модель показывает, что формирование спикул происходит в рамках трех отдельных стадий.

Процесс формирования начинается на поверхности Солнца, где бурлящая плазма начинает взаимодействовать с магнитными полями, скручиваясь и завиваясь в вихревые потоки. Этот процесс создает сильное магнитное напряжение рядом с поверхностью. Далее в рамках процесса, называющегося амбиполярной диффузией, происходит смешивание нейтральных и заряженных частиц, что создает выходной путь для накопившегося магнитного напряжения. Затем, как из рогатки, магнитное напряжение резко высвобождается в атмосферу и уносится в космос с невероятной скоростью.

«Эти плазматические джеты выстреливаются так быстро, что могут пересечь всю Калифорнию всего за пару минут. Всего за 5-10 минут их высота может достигать 10 000 километров над поверхностью, что почти равно диаметру Земли», — объясняет де Понтье.

Для проверки сходности результатов компьютерного моделирования и реального явления команда проанализировала данные, полученные с помощью космического аппарата NASA IRIS и Шведского солнечного телескопа. В результате анализа выяснилось, что моделирование действительно воспроизводит свойства настоящих спикул, включая их размер, скорость и форму.

Помимо решения вековой загадки о том, как формируются спикулы, новое исследование демонстрирует то, как плазматические джеты способны «выстреливать» миллионы Кельвинов тепла в солнечную корону.

«Результаты не могут не радовать, так как объясняют, почему солнечная атмосфера может быть на несколько миллионов градусов Кельвина горячее самой поверхности звезды», — подытоживает де Поньте.

Теперь, когда ученые выяснили, как образуются спикулы, они могут заняться более подробным исследованием того, как эти спикулы взаимодействуют с внешними слоями солнечной атмосферы.