Температура солнечных вспышек помогает понять природу солнечной плазмы

Новости сегодня - Температура солнечных вспышек помогает понять природу солнечной плазмы

Вращение Солнца вызывает изменения в его магнитном поле, которое полностью меняется примерно каждые 11 лет, вызывая фазу интенсивной активности. Солнечные вспышки — огромные извержения с поверхности Солнца, длящиеся минуты или часы — испускают интенсивные выбросы частиц и высокие уровни электромагнитного излучения. Выделение энергии во время солнечных вспышек нагревает хромосферу, вызывая почти полную ионизацию атомарного водорода, присутствующего в регионе.

Хромосфера представляет собой тонкий слой плазмы, который находится на высоте не менее 2000 км над видимой поверхностью Солнца (фотосфера) и ниже короны (верхние слои атмосферы Солнца). Плазма очень плотная, и водород рекомбинирует с очень высокой скоростью, что приводит к повторяющемуся процессу ионизации и рекомбинации водорода, который производит характерный тип излучения в ультрафиолетовом диапазоне, известный как континуум Лаймана (LyC) в память об американце. физик Теодор Лайман IV (1874-1954).

Теоретические описания предполагают, что « цветовая температура » LyC может быть связана с температурой плазмы, которая производит вспышку, и поэтому цветовая температура может использоваться для определения температуры плазмы во время солнечных бурь.

Новое исследование смоделировало выбросы от десятков различных солнечных вспышек и подтвердило связь между цветовой температурой LyC и температурой плазмы в регионе, из которого происходит вспышка. Это также подтверждает существование локального термодинамического равновесия в области между плазмой и фотонами в LyC. Статья об исследовании опубликована в The Astrophysical Journal.

Предпоследним автором статьи является Пауло Хосе де Агияр Симойнс, профессор Инженерной школы Пресвитерианского университета Маккензи (EE-UPM) в штате Сан-Паулу, Бразилия. «Мы показываем, что интенсивность LyC значительно возрастает во время солнечных вспышек и что анализ спектра Лаймана действительно можно использовать для диагностики плазмы», — сказал Симоэс, который также является исследователем в Центре радиоастрономии и астрофизики Маккензи (CRAAM).

Моделирование подтвердило важный результат, полученный в Лаборатории солнечной динамики аргентинским астрономом Маркосом Мачадо, показывающий, что цветовая температура, которая в спокойные периоды находится в районе 9000 Кельвинов (К), во время вспышек повышается до 12 000–16 000 К.

Статья , в которой он сообщил об этом результате и соавтором которой также был Симойнс, была последней опубликованной Мачадо. Всемирно известный эксперт по солнцу, он умер в 2018 году, когда статья находилась на рецензировании.

Солнечная динамика

Здесь уместно напомнить немногое из того, что известно о строении и динамике Солнца. Огромное количество энергии, которая обеспечивает Землю светом и теплом, в основном генерируется путем преобразования водорода в гелий в процессе ядерного синтеза, который происходит глубоко внутри звезды. Эта обширная область недоступна для непосредственного наблюдения, потому что свет не пересекает «поверхность» Солнца, которая на самом деле является фотосферой.

«Мы можем непосредственно наблюдать область над поверхностью. Первый слой, простирающийся до высоты около 500 км, — это фотосфера с температурой около 5800 К. Именно здесь мы видим солнечные пятна, в местах, где магнитное поле поля, исходящие от солнца, препятствуют конвекции и сохраняют плазму относительно прохладной, создавая темные области, которые мы называем солнечными пятнами», — пояснил Симойнс.

Над фотосферой хромосфера простирается примерно на 2000 км. «Температура этого слоя выше, превышает 10 000 К, а плазма менее плотная. Благодаря этим характеристикам атомарный водород частично ионизируется, разделяя протоны и электроны», — сказал он.

В тонком переходном слое в верхней части хромосферы резко возрастает температура выше 1 млн К, а плотность плазмы падает на много порядков. Этот внезапный нагрев при переходе от хромосферы к короне — явление, противоречащее здравому смыслу; было бы разумно ожидать, что температура будет падать по мере увеличения расстояния от источника.

«У нас пока нет объяснения. Солнечные физики представили различные предложения, но ни одно из них не было принято сообществом без оговорок», — сказал Симойнс.

Корона простирается в сторону межпланетной среды, без четкой переходной области. Магнитные поля Солнца оказывают сильное влияние на корону, структурируя плазму, особенно в активных областях, легко определяемых на ультрафиолетовых изображениях. В этих активных областях происходят солнечные вспышки.

«В этих солнечных бурях энергия, накопленная в корональных магнитных полях, резко высвобождается, нагревая плазму и ускоряя частицы. Электроны, которые имеют меньшую массу, могут быть ускорены до 30% скорости света. эти частицы, движущиеся по магнитным силовым линиям, выбрасываются в межпланетную среду, другие идут в обратном направлении, из короны в хромосферу, где сталкиваются с плотной плазмой и передают свою энергию среде. нагревает местную плазму, вызывая ионизацию атомов. Динамика ионизации и рекомбинации порождает континуум Лаймана», — сказал Симоэс.

Всплески солнечной активности происходят примерно каждые 11 лет. В периоды интенсивной активности воздействие на Землю существенно, включая более частое появление северного сияния, отключение радиосвязи, усиленное влияние мерцаний на сигналы GPS и увеличение сопротивления спутников, снижающее их скорость и, следовательно, высоту их полета. орбиты. Эти явления и физические свойства околоземной межпланетной среды известны как космическая погода.

«Помимо фундаментальных знаний, исследования физики солнечных вспышек также улучшают наши возможности прогнозирования космической погоды. Эти исследования идут по двум направлениям: прямое наблюдение и моделирование, основанное на вычислительных моделях. Данные наблюдений в различных диапазонах электромагнитного излучения спектра позволяет нам лучше понять эволюцию солнечных вспышек и физические свойства плазмы, участвующей в этих событиях.Вычислительные модели, такие как те, которые используются в нашем исследовании, служат для проверки гипотез и проверки интерпретаций наблюдений, поскольку они дают нам доступ к величины, которые нельзя получить напрямую из анализа данных наблюдений», — сказал Симойнс.

Новости партнеров: