Используя крупнейший в мире солнечный телескоп, группа учёных получила одно из самых детальных изображений микровспышки — небольшого, но мощного солнечного взрыва. Изображения помогают учёным разобраться в сложности магнитных полей, питающих самые мелкие вспышки на Солнце.
Новое исследование
Новое исследование под руководством доктора Жоау да Силва Сантоса, постдокторанта Национального научного фонда США (NSF) в Национальной солнечной обсерватории (NSO), использует беспрецедентные данные, полученные с помощью солнечного телескопа Дэниела К. Иноуэ, построенного и управляемого NSO на Мауи. Эти данные позволяют увидеть, как магнитные поля в нижних слоях солнечной атмосферы могут внезапно пересоединяться и высвобождать всплески энергии, тепла и плазмы — взрывной процесс, известный как магнитное пересоединение.
Исследование было опубликовано в прошлом месяце в журнале The Astrophysical Journal группой учёных из двух организаций: NSF National Solar Observatory и NSF National Center for Atmospheric Research (NSF NCAR).
«Это исследование посвящено небольшому, но мощному событию на Солнце, где магнитные поля пересоединились в солнечной атмосфере», — говорит да Силва Сантос. «Мы зафиксировали микровспышку в исключительных деталях, наблюдая внезапный нагрев, быстрое движение плазмы и турбулентные движения в области шириной чуть более 700 километров, но с подструктурами в 10 раз меньше».
Хотя по сравнению с массивными солнечными вспышками это событие было крошечным (например, «средние» вспышки примерно в 100–1000 раз сильнее), выброс энергии был далеко не незначительным и оценивался примерно в 10 миллиардов молний.
Инструменты и наблюдения
Это событие, которое изначально демонстрирует характеристики, типичные для бомб Эллермана, прежде чем превратиться в более сложную микровспышку, наблюдалось в высоком разрешении с помощью двух инструментов Иноуэ: Visible Broadband Imager (VBI) и Visible Spectro-Polarimeter (ViSP). Впечатляющие возможности телескопа позволили выявить такие замечательные детали, как внезапные вспышки света, быстрые потоки плазмы и мелкомасштабные взаимодействия магнитного поля, происходящие всего в сотнях километров над солнечной поверхностью.
Данные показывают, что усиление яркости произошло в плотно упакованной зоне, где противоположные магнитные поля встретились и нейтрализовались, высвобождая при этом энергию. Спектрополяриметрический анализ с использованием сложного моделирования позволил команде получить точные профили температуры, скорости и турбулентности, а также реконструировать трёхмерную магнитную топографию региона.
«Мы обнаружили, что пересоединение произошло вдоль куполовидной магнитной структуры, известной как конфигурация веер-позвоночник, с магнитной нулевой точкой и повышенными коэффициентами сжатия», — сказал Роберт Жаролим, учёный из NSF NCAR и соавтор исследования. «Это было предсказано в симуляциях и намекнуто в более грубых наблюдениях, но теперь мы можем видеть это ясно».
Структура действовала как ловушка и спусковой механизм, направляя высвобождение энергии за счёт нейтрализации магнитных полей и внезапного ускорения плазмы — подобно тому, как резиновые ленты разрываются в «магнитной» сети.
Вклад студентов
Эрик Даннингтон, студент бакалавриата из Политехнического института Ренсселера, сыграл ключевую роль в исследовании и также является соавтором. Летом 2024 года он участвовал в программе NSF Research Experiences for Undergraduates, проводимой Boulder Solar Alliance, и работал под руководством доктора да Силва Сантоса.
«Жоау предоставил мне бесценную возможность внести значительный вклад в калибровку данных и предварительный анализ, а также представить постер с предварительными результатами на ежегодном собрании Американского геофизического союза 2024 года в Вашингтоне, округ Колумбия», — говорит Даннингтон. «Это фантастический пример того, как исследования студентов бакалавриата могут напрямую способствовать развитию передовых научных исследований».
Выводы
Полученные данные отвечают на давние вопросы о том, как работает мелкомасштабное пересоединение в верхней фотосфере и низкой хромосфере — областях солнечной атмосферы, которые трудно наблюдать. Хотя более крупные солнечные вспышки широко изучены, микровспышки более неуловимы, но потенциально не менее важны для понимания того, как солнечная энергия в конечном итоге влияет на космическую среду вокруг Земли.
«Это исследование предоставляет одни из самых чётких наблюдательных доказательств на сегодняшний день того, что магнитное пересоединение может происходить в компактных низко расположенных магнитных структурах», — говорит да Силва Сантос. «И без разрешения Иноуэ ключевые мелкомасштабные особенности остались бы невидимыми».
Это исследование не только открывает новое окно в скрытую активность Солнца, но и усиливает аргумент о том, что даже мелкомасштабные солнечные события могут играть роль в понимании более сильных явлений, влияющих на космическую погоду. И благодаря солнечному телескопу NSF Inouye самые маленькие искры на Солнце больше не являются недосягаемыми.