Учёные раскрыли 50-летнюю загадку Солнца: ионы в солнечных вспышках оказались в 6,5 раз горячее

Солнечная вспышка в сравнении с размером Земли. Автор: Александр Рассел (Университет Эндрюса) с использованием открытого пакета SunPy для Python и данных космического телескопа Solar Dynamics Observatory NASA через NASA EPIC Team

Новое исследование Университета Сент-Эндрюс показало, что частицы в солнечных вспышках оказываются в 6,5 раз горячее, чем считалось ранее, и предложило неожиданное решение 50-летней загадки о нашей ближайшей звезде.

Солнечные вспышки — это внезапные и мощные выбросы энергии во внешней атмосфере Солнца, которые нагревают её отдельные участки до температур свыше 10 миллионов градусов. Эти драматические события значительно увеличивают поток солнечных рентгеновских лучей и радиации, достигающей Земли, создавая опасность для космических аппаратов и астронавтов, а также влияя на верхние слои атмосферы нашей планеты.

Исследование, опубликованное 3 сентября в Astrophysical Journal Letters, изучило доказательства того, как вспышки нагревают солнечную плазму до температур свыше 10 миллионов градусов. Эта солнечная плазма состоит из ионов и электронов. Новое исследование утверждает, что ионы солнечных вспышек — положительно заряженные частицы, составляющие половину плазмы — могут достигать температуры свыше 60 миллионов градусов.

Изучая данные из других областей исследований, команда под руководством доктора Александра Рассела, старшего преподавателя по солнечной теории Школы математики и статистики, пришла к выводу, что солнечные вспышки, вероятно, нагревают ионы значительно сильнее, чем электроны.

«Мы были впечатлены недавними открытиями, что процесс магнитного пересоединения нагревает ионы в 6,5 раз сильнее, чем электроны. Это похоже на универсальный закон, который был подтверждён в околоземном пространстве, солнечном ветре и компьютерном моделировании. Однако ранее никто не связывал работы в этих областях с солнечными вспышками», — сказал доктор Рассел.

«Исторически солнечная физика предполагала, что ионы и электроны должны иметь одинаковую температуру. Однако, пересчитав данные с использованием современных методов, мы обнаружили, что разница температур ионов и электронов может сохраняться до десятков минут в ключевых частях солнечных вспышек, что впервые открывает путь к рассмотрению сверхгорячих ионов».

«Более того, — добавил он, — новая температура ионов хорошо соответствует ширине спектральных линий вспышек, потенциально решая астрофизическую загадку, которая оставалась неразгаданной почти полвека».

С 1970-х годов существовал давний вопрос о том, почему спектральные линии вспышек — яркие усиления солнечного излучения на определённых «цветах» в экстремальном ультрафиолетовом и рентгеновском свете — шире, чем ожидалось. Исторически считалось, что это может быть связано только с турбулентными движениями, но эта интерпретация подвергалась сомнению, поскольку учёные пытались определить природу турбулентности. После почти 50 лет новая работа предлагает смену парадигмы, где температура ионов может внести значительный вклад в объяснение загадочной ширины линий спектров солнечных вспышек.

Это открытие не только решает давнюю научную загадку, но и имеет практическое значение для прогнозирования космической погоды и защиты космической инфраструктуры от воздействия солнечной активности.