солнечная вспышка

В кастрюле на плите вода начинает бурлить снизу, задолго до того, как закипит вся. Пузырьки пара поднимаются от дна, хотя сама плита ещё не раскалилась. Примерно так ведёт себя атмосфера Солнца перед вспышкой: потоки вещества устремляются вверх из глубоких слоёв, хотя главный источник нагрева, по прежним представлениям, ещё не включился.

Внутри солнечной вспышки магнитные линии рвутся, как натянутые резиновые жгуты, и перехлёстываются заново — за минуты высвобождая энергию, которой хватило бы человечеству на миллионы лет. В лаборатории этот процесс, магнитное пересоединение, долго умели лишь запускать, но не останавливать. Теперь у физиков появился рубильник.

Лавина в песчаной куче начинается с одной песчинки. Никто не знает, где именно она сорвётся и насколько большой будет сход. Но если сыпать песок долго, куча сама достигнет состояния, в котором лавины всех размеров — от крошечных осыпей до гигантских обвалов — происходят по одному и тому же закону.

Солнечное пятно — тёмный островок на огненной поверхности — живёт своей бурной жизнью. Под ним, в невидимых глубинах, плавают гигантские магнитные петли, похожие на скрученные жгуты. Когда такая петля всплывает наружу, она может разрядиться вспышкой — и выбросить в космос облака заряженных частиц.

На Солнце то и дело раздаются удары — магнитное пересоединение в плазме высвобождает энергию, заставляя корону вспыхивать. После каждого такого удара в плазменных петлях ещё долго гуляют магнитогидродинамические волны — как затихающий звон колокола.

Загадка радиусной долины — резкий провал числа экзопланет с радиусом ~1,8 земного — не даёт покоя астрономам. JWST, транзитные обзоры Kepler и TESS рисуют чёткий пробел: каменистые суперземли и газовые субнептуны разделены почти пропастью.

В тишине холодных молекулярных облаков, где межзвёздный газ под действием гравитации сжимается в плотные сгустки, рождение массивных звёзд — одна из главных загадок астрофизики. Казалось бы, мощное излучение новорождённого гиганта должно разметать окружающее вещество, прекращая его рост.

В мире, закованном в кристаллическую решётку и охлаждённом почти до абсолютного нуля, материя умеет скрывать свои главные тайны. Квантовая спиновая жидкость — состояние, где спины электронов никогда не замирают даже при нулевой температуре, оставаясь в вечно мерцающей суперпозиции.

Глубокий космос, центр галактики. Сверхмассивная чёрная дыра окружена раскалённым диском газа и пыли. И вот сквозь эту огненную вуаль с периодичностью в несколько часов проносится звезда — словно стрела, выпущенная из лука гравитации. Каждое её прохождение порождает ослепительную рентгеновскую вспышку, которая на миг затмевает свечение всего галактического ядра.

Космос пронизан магнитными полями. Они есть у галактик, звёзд и даже в почти пустых войдах (огромных пустотах между скоплениями галактик). Обычно считается, что поля усиливаются из слабых «затравочных» полей благодаря турбулентности — как динамо-машина. Но природа самих затравочных полей оставалась загадкой. Новая работа предлагает неожиданный механизм.

Летом 2021 года комета 7P/Pons-Winnecke устроила настоящее шоу. Сеть телескопов Las Cumbres Observatory следила за ней почти три месяца и насчитала восемь внезапных вспышек. Каждая такая вспышка похожа на сорванную с поверхности крышку: в космос вылетает облако пыли и газа, и комета на короткое время становится ярче.

На периферии Солнечной системы скрываются тысячи объектов, сопоставимых по размеру с экзопланетой — телом планетарной массы, не привязанным к нашей звезде. Их орбиты хаотичны, и время от времени траектория такого странника пересекается с путём Земли.

Представьте сильно перекрученный телефонный шнур: в какой-то момент он лопается, разбрасывая искры. Похожим образом ведут себя магнитные поля на Солнце — они скручиваются, разрываются и пересоединяются, высвобождая энергию, которая питает солнечные вспышки. Астрономам впервые удалось наблюдать этот процесс напрямую.

Пожарный шланг бьёт в сугроб. Вода не просто расталкивает снег — в месте удара рождаются брызги, пар и грохот. Примерно так же ведут себя джеты — узкие струи вещества, вылетающие из окрестностей чёрной дыры на огромной скорости. Когда такая струя врезается в облако межзвёздного газа, она не протыкает его насквозь, а создаёт ударную волну, сжимает газ и заставляет его светиться.

Хлопок в ладоши сжимает воздух, и он разлетается в стороны — простейший удар. В космосе роль ладоней играют взрывающиеся звёзды: их ударные волны резко сжимают газ и запускают хаотическое перемешивание — турбулентность. Но как именно энергия взрыва переходит в вихри разных размеров, долго оставалось загадкой, ведь разглядеть детали в далёких туманностях очень трудно.

Старинный сундук с семейными реликвиями открывается — и внутри лежат украшения, которые считались ровесниками прабабушки. Но вдруг выясняется: золото переплавляли, камни огранивали заново, и случилось это гораздо позже, чем думали. Похожая история приключилась с древнейшими частицами в метеоритах — кальциево-алюминиевыми включениями, или CAI.

Поток раскалённого газа мчится от звезды — и вдруг глохнет, словно налетев на невидимую стену. Именно это увидели исследователи, когда попробовали воспроизвести звёздный выброс в лабораторном масштабе. Они взяли лазер, создали струю плазмы и пустили её через магнитное поле — сначала слабое, а потом сильное, как у многих звёзд.

В плотном облаке газа и пыли, где рождаются звёзды-гиганты, телескоп ALMA разглядел нечто знакомое. Четыре тонкие струи газа вылетают из одной и той же области, и каждая оставляет за собой цепочку ярких узелков — как пунктирная линия. Каждый узелок — это отдельный «выстрел»: звезда выбрасывает газ не ровным потоком, а порциями, с перерывами. Две струи изгибаются, как буква S.

На Солнце иногда возникают гигантские облака плазмы, которые пытаются вырваться в космос. Но часто им это не удаётся: невидимая магнитная клетка удерживает их у поверхности. Такие неудавшиеся извержения называют «запертыми». Учёные построили компьютерную модель, чтобы понять, как именно работает эта клетка.

Вокруг некоторых тесных двойных звёзд, где белый карлик перетягивает вещество с соседки, астрономы видели светящуюся дугу. Её считали ударной волной — местом, где быстрый звёздный ветер врезается в межзвёздный газ. Но новые наблюдения показывают: дуга не одна.

Горячая плазма в токамаке похожа на капризного зверя: её нужно удержать, но при этом не дать перегреться. В реакторе ASDEX Upgrade нашли режим, где вихри плазмы сами решают эту задачу. Численное моделирование показало, что колебания на границе плазмы выбрасывают наружу сгустки — как пузыри из кипящей кастрюли.

На Солнце время от времени происходят вспышки — мощные выбросы энергии, которые длятся минуты или часы. Большинство из них случайны, как удары капель дождя по крыше. Но иногда одна вспышка словно поджигает другую: вторая начинается почти сразу после первой, хотя они находятся в разных местах. Астрономы называют это симпатическими вспышками.

Десятое октября 2024 года. Солнце выбросило в сторону Земли облако намагниченной плазмы — и четыре космических аппарата, стоящих в одной точке между Солнцем и Землёй, одновременно записали, как это облако бурлит. Расстояние между крайними зондами — всего 80 радиусов Земли, около полумиллиона километров. По космическим меркам это как четыре буйка в одном порту.

Молодая звезда B335, ещё не успевшая повзрослеть, вдруг чихнула — да так, что этот чих продолжается до сих пор. Вспышку астрономы заметили в рассеянном свете от полости её истечения, и она дала редкую возможность увидеть, как такой выброс энергии влияет на джет — струю газа, вырывающуюся из окрестностей звезды.

Солнце порой выбрасывает в космос целые облака заряженных частиц. Обычно самые быстрые из них — с наибольшей энергией — прилетают к зонду первыми, как спринтеры на длинной дистанции. Но 5 сентября 2022 года зонд Паркер, который летает ближе всех к Солнцу, поймал нечто странное: частицы средней энергии примчались раньше и быстрых, и медленных.

На Солнце то и дело происходят взрывы, которые выбрасывают в космос огромные облака заряженных частиц. Такое облако летит к Земле и может вывести из строя спутники, нарушить радиосвязь и даже оставить города без электричества. Учёные долго не могли понять, почему эти выбросы начинаются не сразу, а как будто медлят перед броском.

Солнце время от времени выбрасывает в космос огромные облака плазмы — корональные выбросы массы. Внутри этих облаков часто запутаны протуберанцы — более холодные и плотные сгустки вещества. Именно они содержат много нейтральных атомов, которые ярко светятся в определённых линиях.

Солнечная вспышка 3 июня 2012 года вела себя как оркестр, где после основного выступления неожиданно вступает второй солист. Сначала приборы зафиксировали резкий всплеск гамма-излучения с энергией выше 100 мегаэлектронвольт — это как если бы миллиарды крошечных пуль разом ударили по детекторам.

Солнечная вспышка — как гром среди ясного неба: короткий, но мощный выброс энергии. Радиотелескоп MeerKAT в Южной Африке поймал одну такую вспышку класса M1.3 и рассмотрел ее с беспрецедентной четкостью. Обычные приборы видят либо яркие детали, либо слабые, но не оба сразу. MeerKAT справился с обоими, как ухо, которое слышит и удар барабана, и шелест листвы одновременно.

В океане иногда возникает огромная одиночная волна, которая вырастает из ниоткуда и исчезает. Такие волны-убийцы редки, но опасны. Похожие редкие и сильные всплески бывают и в других системах — от финансовых рынков до лазеров. Проблема в том, что их трудно предсказать и тем более вызвать по заказу.

Солнечная вспышка — как взрыв в атмосфере звезды: за минуты выделяется энергия, сравнимая с миллиардами ядерных бомб. 4 мая 2022 года радиотелескоп РТ-7.5 в Москве следил за вспышкой класса M5.7. Прибор ловил миллиметровые радиоволны — те, что короче сантиметра и невидимы глазу.

В центре галактики J2344 пять лет назад чёрная дыра — область пространства-времени с гравитацией настолько сильной, что покинуть её не может даже свет, — разорвала звезду. Сейчас там бурлит раскалённый газ: аккреционный диск, напоминающий космическую «кастрюлю», где вещество, падая на чёрную дыру, разогревается до миллионов градусов.

На Солнце то и дело взлетают узкие струи плазмы — корональные джеты. Они похожи на фонтаны раскалённого газа, которые выбрасываются из атмосферы звезды. Один из таких выбросов, случившийся 10 ноября 2022 года, привлёк внимание учёных: он сопровождался вспышкой класса C1.1 и имел необычно широкий конус.

31 декабря 2023 года на Солнце случилась вспышка высшего класса — такая, что за несколько минут высвобождается энергия миллиардов атомных бомб. Вместе с ней с поверхности сорвался огромный протуберанец — облако раскалённого газа, которое понеслось в сторону от Солнца со скоростью почти 3000 километров в секунду.

Солнечная вспышка похожа на взрыв в атмосфере: яркая, быстрая, с разными «голосами». Рентгеновские лучи приходят от электронов, которые разогнались и резко затормозили, растеряв энергию. Но в 2017 году детекторы на спутнике Fermi поймали другой сигнал — гамма-лучи, которые не вписывались в эту картину.

Первого октября 2024 года на Солнце произошла вспышка класса X7.1 — одна из самых мощных. Два космических аппарата, HXI и STIX, смотрели на неё с разных сторон, как два глаза, и вместе с компьютерной моделью помогли восстановить трёхмерную картину.

Солнце постоянно испускает поток заряженных частиц, в основном ядер водорода — это солнечный ветер. Иногда Солнце выбрасывает плотные сгустки намагниченного газа — корональные выбросы массы, — внутри которых, как правило, царит магнитный штиль. Однако в 2000 году в одном таком облаке учёные заметили два участка, где газ бурлил.

Полное солнечное затмение — редкие минуты, когда Луна закрывает яркий диск Солнца и становится видна его внешняя атмосфера — корона. В белом свете корона протягивается на десятки радиусов Солнца, и на снимках видны тонкие структуры: вихревые кольца, волны, похожие на рябь на воде, и огромные выбросы плазмы.

Красный карлик V374 Пегаса — звезда размером с треть Солнца, но с характером вулкана. Каждые несколько часов с её поверхности срываются гигантские сгустки плазмы — как пузыри пара из кипящего котла. Эти выбросы, называемые протуберанцами, улетают в космос и создают всплески радиоволн.

Космические лучи — это непрерывный ливень заряженных частиц, обрушивающийся на Землю со всех направлений. Представьте: стоит подуть ветру, и капли дождя меняют траекторию. Так и солнечная буря — облако намагниченной плазмы, выброшенное Солнцем, — искривляет пути этих частиц, обычно равномерно осаждающих нашу планету.