Первые в истории снимки мощной солнечной вспышки класса X1.3, сделанные солнечным телескопом
От 93 миллионов миль Солнце стало намного более личным. Астрономы теперь видели некоторые из его лучших магнитных нитей в более точных деталях, чем когда-либо прежде, и эти крошечные особенности могут изменить то, как вы думаете о солнечных бурях, которые потрясают жизнь на Земле.
Поймать монстра в акте
8 августа 2024 года мощная вспышка класса X1.3 взорвалась от Солнца. Это одни из самых энергичных событий, которые может произвести наша звезда. По мере того, как вспышка утихла, солнечный телескоп Дэниела К. Иноуэ Национального научного фонда США заперся в нужный момент.
Используя инструмент, настроенный на длину волны H-альфа 656,28 нанометров, команда наблюдала за тем, как разворачивается фаза распада вспышки. В этом красном срезе света выделяются нижняя атмосфера Солнца и тонкие структуры. То, что появилось над яркими лентами вспышки, ошеломило исследователей.
Они увидели сотни темных, тонких по волосам арок плазмы, известных как корональные петли, набросанных на область яркой вспышки, как нити чернил над огнем. Эти петли следовали за искривленными линиями магнитного поля Солнца с деликатесом, о котором ученые только догадывались раньше.
«Это первый случай, когда солнечный телескоп Inouye когда-либо наблюдал вспышку X-класса, — сказал ведущий автор Коул Тамбурри, аспирант Университета Колорадо в Боулдере, поддерживаемый программой Inouye Solar Telescope Ambassador Program. — Эти вспышки являются одними из самых энергичных событий, которые производит наша звезда, и нам повезло поймать эту в идеальных условиях наблюдения».
Смотреть самые маленькие петли когда-либо
Корональные петли не новы для солнечной физики. Они постоянно выгибаются над активными областями. Что нового здесь, так это их размер.
Прочесав самые четкие изображения с помощью видимого широкополосного изображения телескопа, команда измерила ширину петлей. В среднем они были около 48,2 километров в поперечнике, а некоторые из них были тонкими до 21 километра. Это меньше, чем многие крупные города на Земле и намного ниже того, что могли решить предыдущие телескопы.
Инструмент Inouye может различать детали примерно до 24 километров. Это более чем в два с половиной раза острее, чем следующий лучший солнечный объект. В этом наблюдении он работал прямо на этом пределе. «Знать, что телескоп теоретически может что-то сделать, — это одно», — сказала соавтор и ученый Национальной солнечной обсерватории Мария Казаченко.
До этого теория предполагала, что корональные петли могут находиться где-то между 10 и 100 километрами в ширину. Никто не мог их увидеть достаточно четко, чтобы доказать это. «Мы наконец-то вглядываемся в пространственные масштабы, о которых мы размышляли в течение многих лет», — сказал Тамбурри. — «Теперь мы можем видеть это напрямую. Это самые маленькие корональные петли, когда-либо изображенные на Солнце».
От леса до деревьев в солнечной короне
Команда, в которую входят ученые из Национальной солнечной обсерватории, Лаборатории атмосферной и космической физики, Кооперативного института исследований в области наук об окружающей среде и Университета Колорадо, сосредоточилась на тонких петлях, сплетенных над лентами вспышки.
Корональные петли направляют перегретую плазму по линиям магнитного поля. Когда эти поля скручиваются и щелкаются, они помогают питать солнечные вспышки и извержения, которые могут посылать штормы на Землю. До сих пор большинство моделей рассматривали эти петли как более толстые трубки или пучки многих неразрешенных нитей.
Возможно, самая захватывающая идея этой работы заключается в том, что эти вновь замеченные петли могут быть «элементарными» структурами. Другими словами, они могут быть основными строительными блоками короны. «Если это так, мы не просто решаем пучки петлей; мы впервые решаем отдельные петли», — сказал Тамбурри.
Магнитное пересоединение, процесс, который приводит к вспышкам, происходит, когда линии поля разрываются и снова соединяются в очень малых масштабах. Чтобы понять, где хранится энергия и как она взрывается наружу, нужно знать, как выглядят эти маленькие масштабы. Это наблюдение, наконец, дает моделистам целевой размер для работы вместо широкого предположения.
Случайное открытие в послесвечении вспышки
Команда не задалась целью найти сверхтонкие петли. Оригинальный план был сосредоточен на другом инструменте, видимом спектрополяриметре, для изучения того, как спектральные линии в атмосфере Солнца ведут себя во время вспышки.
Но широкополосный симулятор работал в то же время, спокойно собирая свои собственные серии изображений. Когда исследователи проверили эти кадры, они поняли, что телескоп засек вспышку при почти идеальных атмосферных условиях. Темные петли показались четкими, нитевидными дугами над яркими лентами, гораздо более четкими, чем кто-либо ожидал.
«Мы пошли искать одно и наткнулись на что-то еще более интригующее, — сказал Казаченко. — На самых ярких изображениях видна компактная треугольная вспышка ленты около центра обзора и размашистая дугообразная лента около вершины, все выгравированы тонкими, темными нитями, которые прослеживают магнитное поле выше. Даже для случайного зрителя сцена выглядит удивительно сложной».
Это также доказательство концепции самого объекта Inouye. Телескоп, финансируемый Национальным научным фондом и управляемый Национальной солнечной обсерваторией, был построен, чтобы довести солнечную визуализацию до предела. Это один из первых случаев, когда он сделал это во время вспышки X-класса. «Это знаковый момент в солнечной науке», — сказал Тамбурри. — «Мы наконец видим Солнце в масштабах, на которых оно работает».
Что означают ультратонкие петли для жизни вблизи Земли
Вспышка, наблюдавшаяся 8 августа, была не просто показательной. Вспышки и последующие штормы могут нарушить работу спутников, радиосвязи и электросетей. Для людей, которые полагаются на GPS, интернет-соединения и стабильное электричество, космическая погода больше не является абстрактной угрозой.
Разрешая самые маленькие корональные петли, которые когда-либо были замечены, эта работа подталкивает модели вспышек к новому режиму. Если ученые знают истинную ширину, форму и расположение магнитных нитей, которые несут энергию, они могут построить более реалистичные симуляции и проверить, как вспышки растут и исчезают. Эти модели подпитывают прогнозы космической погоды, которые помогают защитить инфраструктуру на земле и на орбите.
Исследование также показывает ценность обучения нового поколения экспертов. Тамбурри является частью программы Inouye Solar Telescope Ambassador Program, которая поддерживает аспирантов, поскольку они учатся обрабатывать и интерпретировать сложные данные телескопа. Их навыки будут распространяться через университеты и исследовательские центры, что облегчит более широкому сообществу использование этих мощных наблюдений.
По мере того, как Солнце проходит через активный период своего 11-летнего цикла, будут извергаться более сильные вспышки. Каждая из них — это шанс направить телескоп на новые цели и проверить, являются ли эти ультратонкие петли общей чертой. Если они есть, физикам солнечной энергии, возможно, придется переосмыслить большие части их учебника.
Это открытие выходит за рамки чистого любопытства к Солнцу. Разрешив корональные петли вплоть до десятков километров, ученые теперь имеют первые прямые измерения небольших магнитных структур, которые зажигают вспышки. Эта более резкая картина может улучшить модели того, когда и как солнечные бури выделяют энергию, что, в свою очередь, может привести к улучшению прогнозов космической погоды для спутниковых операторов, энергетических компаний и авиации.
Если тонкие петли, которые мы видим здесь, действительно являются основными строительными блоками короны, будущие исследования могут сосредоточиться на том, как они скручиваются, соединяются и разрушаются. Это поможет ученым точно определить масштабы, где происходит магнитное пересоединение и где опасные частицы и излучение запускаются в космос. Со временем эти знания могут помочь человечеству разработать более устойчивую технологию, спланировать более безопасные космические миссии и защитить астронавтов и космические корабли от высокоэнергетических событий.
Для исследовательского сообщества результат доказывает, что солнечный телескоп Иноуэ может достичь своего теоретического разрешения во время реальных вспышек. Это открывает дверь к новой волне высокоточных исследований, которые исследуют Солнце в его рабочих масштабах, а не только в его широких очертаниях. Это также подчеркивает важность подготовки молодых ученых для обработки этих сложных наборов данных, чтобы этот новый уровень детализации мог быть полностью использован в будущей работе.
Результаты исследований доступны в Интернете в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Связанные истории
Как будто эти истории кажутся хорошими? Получите бюллетень «Светлая сторона новостей»
