Это объясняет полувековую загадку физики Солнца.
Плазма в солнечных вспышках нагревается до 60 миллионов градусов — в 6,5 раз выше, чем считалось ранее. К таким выводам пришли авторы исследования в The Astrophysical Journal Letters.
Солнечные вспышки — это внезапные и мощные выбросы энергии во внешней атмосфере Солнца, которые раскаляют ее отдельные участки до температур, превышающих 10 миллионов градусов. Эти экстремальные явления значительно усиливают мощность радиации, достигающей Земли, порождая опасность для космических аппаратов и астронавтов, а также воздействуя на верхние слои атмосферы нашей планеты.
Солнечная плазма состоит из ионов и электронов. Изучая механизмы ее нагрева, физики обнаружили, что ионы могут достигать температуры свыше 60 миллионов градусов, и причиной тому — магнитное пересоединение.
Схожие процессы происходят в плазме вдали от светила, и именно это заинтересовало ученых, признался Александр Рассел, старший преподаватель теории Солнца с факультета математики и статистики Сент-Эндрюсского университета в Шотландии.
«Нас воодушевили недавние открытия, что процесс, называемый магнитным пересоединением, нагревает ионы в 6,5 раз сильнее, чем электроны. Это кажется универсальным законом, и он был подтвержден в околоземном пространстве, солнечном ветре и компьютерном моделировании. Однако ранее никто не связывал эти исследования с солнечными вспышками», — пояснил он.
До сих пор предполагалось, что у ионов и электронов одинаковая температура, а если разница и возникает, то ненадолго.
«Однако пересчитав данные с использованием современных методов, мы обнаружили, что разница в температурах ионов и электронов может сохраняться до десятков минут в ключевых фазах солнечных вспышек, что впервые открывает путь к рассмотрению сверхгорячих ионов», — поделился Рассел.
Открытие также дает объяснение загадке, которое солнечная физика искала почти полвека. С 1970-х годов оставалось неясным, почему спектральные линии вспышек в крайнем ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах шире, чем ожидалось. Исторически считалось, что это может быть обусловлено только турбулентными движениями, но эта интерпретация стала подвергаться сомнению по мере попыток ученых определить природу турбулентности. Спустя почти 50 лет новое исследование предлагает смену парадигмы, согласно которой температура ионов может внести значительный вклад в объяснение загадочной ширины линий в спектрах солнечных вспышек.
Для подтверждения выводов понадобится пересмотр моделей вспышек, чтобы учесть разницу температур ионов и электронов (многожидкостные или двухтемпературные модели). Кроме того, авторы новой теории рассчитывают на предстоящие космические миссии — японскую Solar-C (запуск запланирован на 2028 год) и зонд НАСА MUSE (не ранее 2027-го).