Учёные зафиксировали температуру ионов выше 60 млн кельвинов при вспышках — Earth
Солнечные вспышки давно считаются одними из самых экстремальных процессов в Солнечной системе. Однако новое исследование показывает, что их внутренняя физика может быть ещё более жёсткой, чем предполагалось ранее. Учёные выяснили, что ключевую роль во время вспышек играют сверхгорячие ионы, а не электроны. Об этом сообщает Earth.
Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)
Солнечная вспышка
Почему солнечные вспышки оказались "горячее нормы"
Солнечная вспышка — это резкий выброс магнитной энергии, способный влиять на радиосвязь, спутники и работу космических аппаратов. Уже десятилетия физики знают, что плазма во время таких событий разогревается до экстремальных температур, напрямую связанных с периодами повышенной солнечной активности и магнитных бурь.
Однако одна деталь оставалась загадкой с 1970-х годов: почему спектральные линии излучения выглядят шире, чем должны быть при известных температурах.
Новую интерпретацию предложила группа исследователей под руководством Александра Рассела из Университета Сент-Эндрюс. Учёные пришли к выводу, что во время ключевых фаз вспышки ионы нагреваются значительно сильнее электронов — примерно в 6,5 раза.
Ионы против электронов: что происходит в плазме
Солнечная плазма состоит из лёгких электронов и более тяжёлых положительно заряженных ионов — таких как ионы железа или кальция. Долгое время в моделях предполагалось, что эти частицы быстро обмениваются энергией и выравнивают температуру. Это упрощало расчёты, но, как показало исследование, не всегда отражает реальность.
По оценкам команды, температура ионов во время вспышек может превышать 60 миллионов кельвинов, оставаясь значительно выше электронной в течение десятков минут. Такой температурный разрыв напрямую влияет на наблюдаемые спектры.
"Мы были воодушевлены недавними открытиями, показывающими, что магнитное пересоединение нагревает ионы примерно в 6,5 раза сильнее, чем электроны", — объяснил Александр Рассел.
Магнитное пересоединение как ключевой механизм
Магнитное пересоединение — процесс, при котором напряжённые магнитные линии разрываются и соединяются заново, высвобождая огромные объёмы энергии. Подобные процессы давно изучаются не только в короне Солнца, но и при анализе глубинных реакций, связанных с тем, как работают ядерные процессы в недрах Солнца.
Новизна работы заключается в том, что эмпирическое правило о преимущественном нагреве ионов впервые напрямую применили к солнечным вспышкам. В результате появилось проверяемое предсказание: в начале вспышки и в разреженной плазме над яркими петлями ионы должны быть экстремально горячими.
Разгадка "слишком широких" спектральных линий
Ширина спектральных линий зависит от скорости движения частиц, испускающих свет. Чем горячее частицы, тем быстрее они движутся и тем шире становится линия. На протяжении почти полувека необычную ширину линий объясняли сильной турбулентностью, природа которой оставалась неясной.
Новая модель показывает, что значительную часть этого эффекта могут создавать именно сверхгорячие ионы. Их тепловое движение способно имитировать признаки турбулентности без необходимости вводить дополнительные сложные процессы.
"Новая температура ионов хорошо согласуется с наблюдаемой шириной спектральных линий и может решить астрофизическую загадку, существовавшую почти 50 лет", — отметил Рассел.
Почему разрыв температур сохраняется
После вспышки в плотных плазменных петлях ионы и электроны сталкиваются чаще и быстро выравнивают температуры. Но выше, где плотность ниже, столкновения редки, и температурное расхождение сохраняется достаточно долго, чтобы оставить заметный след в спектрах.
Авторы подчёркивают, что прежние оценки часто основывались на условиях плотных петель, игнорируя более разреженные области, где магнитное пересоединение наиболее активно.
Сравнение: старая и новая модель вспышек
В классических моделях электроны и ионы почти сразу считались изотермичными. Новый подход предполагает их разделённую эволюцию, по крайней мере в первые минуты вспышки и в разреженных слоях атмосферы Солнца.
Такое различие меняет представления о переносе энергии, формировании ударных волн и ускорении частиц.
Популярные вопросы о температуре солнечных вспышек
Насколько горячими становятся ионы?
Оценки указывают на температуры выше 60 миллионов кельвинов.
Почему электроны холоднее?
Магнитное пересоединение передаёт ионам больше энергии, особенно в разреженной плазме.
Опасно ли это для Земли?
Да, такие процессы влияют на космическую погоду и могут угрожать спутникам и системам связи.