Солнечные вспышки — это резкое высвобождение магнитной энергии, накопленной в короне. Стандартная модель, разработанная ещё в 1960–70-х годах, предполагает, что пересоединение магнитных линий в короне ускоряет электроны, которые затем врезаются в хромосферу и нагревают её. Нагретое вещество расширяется и устремляется вверх — этот процесс называют хромосферным испарением. Однако наблюдения с высоким разрешением показывали, что восходящие потоки появляются слишком рано и слишком глубоко, чтобы их можно было объяснить только ударами электронов. Работа стоит в ряду исследований, которые с помощью новых инструментов, таких как Sunrise III, пытаются заглянуть в нижние слои атмосферы Солнца и проверить, насколько стандартная модель соответствует реальности.
Наблюдения велись с борта стратосферного баллона Sunrise III, поднявшегося на высоту около 37 км, где атмосфера почти не мешает. Прибор SUSI — ультрафиолетовый спектрополяриметр и построитель изображений — сканировал активную область в диапазоне 310–400 нм. Благодаря дифракционному пределу разрешение составило около 59 км на поверхности Солнца, что в несколько раз лучше, чем у предыдущих миссий. Исследователи анализировали спектральные линии железа Fe II 325.59 нм и Fe II 329.58 нм, которые формируются в глубокой хромосфере, на высоте 0.5–1 Мм. Допплеровские сдвиги этих линий позволили измерить скорости движений плазмы. Для сравнения привлекались данные по жёсткому рентгену с космических аппаратов Fermi/GBM и ASO-S/HXI, а также модельные расчёты с помощью кода RADYN.
В предвспышечной фазе, за 5–10 минут до начала импульсного роста жёсткого рентгена, в спектрах Fe II обнаружены отчётливые допплеровские компоненты со сдвигами ±10 км/с. Синие крылья линий указывают на восходящие потоки, красные — на нисходящие. Пространственные масштабы этих потоков достигают 60–100 км, что близко к пределу разрешения прибора. Восходящие потоки слабее по интенсивности, чем нисходящие, и располагаются узкими полосами по краям более ярких областей опускания. Во время импульсной фазы картина сохраняется: синие и красные компоненты сосуществуют. При этом жёсткое рентгеновское излучение в предвспышечной фазе имеет тепловую природу с температурой около 15 МК, а во время импульса появляется нетепловая компонента, но с очень мягким спектром (индекс 7–9) и низкой энергией отсечки (10–25 кэВ). Моделирование по программе RADYN с такими параметрами электронного пучка не воспроизводит наблюдаемых допплеровских сдвигов: синтезированные линии показывают лишь слабую асимметрию крыльев без выраженных компонент на ±10 км/с.
Результаты бросают вызов стандартной модели солнечной вспышки. Если восходящие потоки в глубокой хромосфере появляются до прихода энергичных электронов, значит, энергия доставляется каким-то иным способом. Возможные кандидаты: теплопроводность из короны, альфвеновские волны или локальное пересоединение магнитных полей прямо в нижних слоях. Ни один из этих механизмов пока не объясняет всей картины. Работа отличается от соседних исследований тем, что впервые фиксирует испарение на таких малых высотах и в такой ранней фазе, используя линии Fe II, которые раньше для вспышек не применялись. Это открывает новое окно в диагностику нижней атмосферы Солнца.
Тема, скорее всего, будет развиваться в сторону более детального моделирования переноса энергии в хромосфере с учётом неоднородной структуры магнитного поля. Понадобятся новые наблюдения с ещё более высоким временным и пространственным разрешением, особенно в ультрафиолетовом диапазоне. Также важно улучшить чувствительность детекторов жёсткого рентгена, чтобы фиксировать слабые сигналы в предвспышечной фазе. Совместный анализ данных с разных высот атмосферы Солнца поможет построить полную картину циркуляции вещества во время вспышки.
Результаты повлияют на физику солнечных вспышек, модели космической погоды и интерпретацию наблюдений звёздных вспышек на других звёздах.
Провести аналогичные наблюдения для более мощных вспышек и в других активных областях. Разработать новые численные модели, включающие локальное пересоединение в хромосфере.
Работа напрямую связана с нерешённой проблемой переноса энергии в солнечных вспышках: как энергия из короны доставляется в нижние слои атмосферы. Существующие модели не могут объяснить раннее появление восходящих потоков. Это указывает на необходимость пересмотра механизмов нагрева хромосферы и ускорения частиц.
Этот раздел адресован автору работы и его коллегам. Соседние работы нашёл смысловой поиск по нашему архиву — не по совпадению слов, а по смыслу. Мы не рецензируем: мы показываем поле вокруг.
Что сделано в работе
Работа анализирует наблюдения с борта Sunrise III в линиях Fe II, формирующихся в глубокой хромосфере, и обнаруживает допплеровские компоненты ±10 км/с, указывающие на восходящие и нисходящие потоки. Показано, что восходящие потоки появляются за 5–10 минут до импульсного роста жёсткого рентгена, а моделирование RADYN с параметрами наблюдаемого электронного пучка не воспроизводит наблюдаемые сдвиги.
В чём сила
Сила работы в прямом наблюдательном свидетельстве ранних восходящих потоков в глубокой хромосфере, что ставит под сомнение стандартную модель вспышки и открывает путь к поиску альтернативных механизмов переноса энергии.
Куда можно двигаться
Что можно попробовать
Почему это может быть важно
Если ранние восходящие потоки действительно не связаны с электронным пучком, это потребует пересмотра механизмов энерговыделения во вспышках и может повлиять на понимание нагрева короны в целом.
Работы рядом в нашем архиве
Вокруг этой работы в архиве пусто: ближайший разбор всего на 0.60, при обычных 0.64. Похоже, рядом почти не бурили.
Стратосферная обсерватория Sunrise III поднялась на высоту 37 км, где небо в 100 раз прозрачнее для ультрафиолета, чем на уровне моря. Благодаря этому удалось достичь разрешения 59 км на Солнце, что сравнимо с размером небольшого города.
В романе Артура Кларка «Солнечная буря» вспышки на Солнце угрожают Земле, но механизмы их возникновения описаны схематично. Эта работа показывает, насколько сложнее реальная физика: даже в нижних слоях атмосферы звезды происходят процессы, которые мы только начинаем понимать.