Ширина спектральных линий раскрыта: астрономы разгадали загадку солнечных вспышек спустя полвека

Когда мы говорим о Солнце, трудно представить, насколько сложные и мощные процессы происходят на его поверхности. Солнечные вспышки — одно из самых впечатляющих проявлений активности звезды, и именно они помогают лучше понять внутреннюю динамику нашей системы. Недавнее исследование учёных из Сент-Эндрюсского университета показало: частицы во время вспышек нагреваются гораздо сильнее, чем считалось ранее, и это открытие помогло разгадать тайну, которая оставалась нерешённой почти полвека.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Солнечная вспышка

Оказалось, что ионы, составляющие половину солнечной плазмы, способны разогреваться до температуры более 60 миллионов градусов, тогда как раньше считалось, что их показатели не превышают десятков миллионов.

Что такое солнечные вспышки

Солнечные вспышки представляют собой внезапные выбросы энергии во внешней атмосфере Солнца. Температура в эти моменты поднимается выше 10 миллионов градусов, резко усиливается рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. Эти явления могут влиять на верхние слои земной атмосферы, создавать угрозу космическим аппаратам и даже менять условия связи на Земле.

Новое понимание температур

Исследование, опубликованное в журнале Astrophysical Journal Letters, показало, что во время вспышек ионы нагреваются в среднем в 6,5 раза сильнее, чем электроны. Эта разница сохраняется достаточно долго, чтобы объяснить загадочную ширину спектральных линий, которые астрономы фиксируют уже много десятилетий.

"Мы были воодушевлены недавними открытиями, которые показали, что процесс, называемый магнитным пересоединением, нагревает ионы в 6,5 раз сильнее, чем электроны", — сказал старший преподаватель Сент-Эндрюсского университета Александр Рассел.

До этого момента предполагалось, что ионы и электроны должны иметь примерно одинаковую температуру, но расчёты показали иную картину.

Советы шаг за шагом: как изучают вспышки

• Используют данные космических телескопов, например "Обсерватории солнечной динамики" (NASA).
• Применяют пакеты анализа вроде SunPy для обработки изображений и спектров.
• Сравнивают наблюдения с компьютерным моделированием магнитного пересоединения.
• Проверяют согласованность данных с измерениями солнечного ветра и плазмы в околоземном пространстве.
• Сопоставляют ширину спектральных линий с расчётами температуры ионов.

А что если…

А что если бы ионы и электроны действительно имели одинаковую температуру? В этом случае ширину спектральных линий приходилось бы объяснять только турбулентностью. Но современные данные показывают: такое допущение упрощает картину и не отражает реальных процессов.

FAQ

Как солнечные вспышки влияют на Землю?

Они могут вызывать сбои в работе спутников, систем связи и навигации, а также влиять на ионосферу.

Сколько стоит исследование солнечных вспышек?

Проекты, включающие космические телескопы и суперкомпьютеры, оцениваются в сотни миллионов долларов.

Что лучше использовать для анализа — наземные телескопы или космические аппараты?

Космические обсерватории дают более полные данные, так как атмосфера Земли искажает часть спектра.

Мифы и правда

• Миф: Вспышки нагревают все частицы одинаково.
  Правда: ионы разогреваются в разы сильнее электронов.
• Миф: Загадочная ширина спектральных линий вызвана только турбулентностью.
  Правда: главную роль играют перегретые ионы.
• Миф: Вспышки — редкое явление.
  Правда: они происходят регулярно и являются частью 11-летнего солнечного цикла.

3 интересных факта

• Температура ионов во время вспышек превышает температуру поверхности Солнца в десятки раз.
• Перегретые ионы могут сохранять температуру десятки минут.
• Решение загадки ширины спектральных линий искали с 1970-х годов.

Исторический контекст

• 1970-е годы: первые наблюдения необычно широких спектральных линий солнечных вспышек.
• 1980-2000-е: попытки объяснить явление турбулентностью.
• 2020-е: развитие методов спектроскопии и компьютерного моделирования.
• 2024 год: подтверждение роли перегретых ионов в ширине спектральных линий.

Уточнения

Со́лнце (астр. ☉) — одна из звёзд нашей галактики (Млечный Путь) и единственная звезда Солнечной системы. Вокруг Солнца обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль. По спектральной классификации Солнце относится к типу G (жёлтый карлик), и подклассом 2V, или же к полному спектральному классу G2V.