На Сонці — розпеченому мільйонами градусів ядрі термоядерної реакції — може йти дощ. Але не з води, а з перегрітої плазми. Група дослідників з Інституту астрономії при Університеті Гаваїв оприлюднила нове пояснення цього явища. Виявляється, «корональний дощ» пов’язаний із нерівномірним розподілом хімічних елементів у зовнішніх шарах сонячної атмосфери. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на текст дослідження, опублікованого в The Astrophysical Journal.
Що таке корональний дощ і чому він нагадує земний
Попри екстремальні умови — температуру в мільйони градусів і безперервну термоядерну реакцію — в атмосфері Сонця фіксують явище, яке за механікою нагадує земний дощ. Йдеться про так званий «корональний дощ» — процес, під час якого щільні й відносно прохолодні скупчення плазми опадають із корони, тобто зовнішнього шару атмосфери світила, до його нижчих шарів.
Ці «краплі» утворюються внаслідок охолодження перегрітої плазми всередині сонячних магнітних петель. Під час спалахів або короткочасного нагрівання у верхніх шарах атмосфери плазма піднімається вгору, де через радіаційні втрати тепла швидко охолоджується і «конденсується». Згодом, під дією гравітації та магнітного поля, плазмові утворення опадають вниз — іноді в арках, вищих за п’ять діаметрів Землі.
Хоча за зовнішнім виглядом це справді нагадує дощ, фізична природа явища кардинально інша: замість води — перегрітий іонізований газ, що рухається вздовж магнітних ліній.
Що змінили гавайські вчені у розумінні сонячної атмосфери
У новому дослідженні астрономи з Інституту астрономії Університету Гаваїв підійшли до вивчення явища під новим кутом. У моделюванні вони врахували фактор, який раніше майже не розглядався — змінність складу елементів у сонячній короні. Зокрема, мова про вміст заліза, кремнію та магнію.
«Моделі, які використовувались раніше, виходили з припущення, що розподіл хімічних елементів у короні є сталим у просторі та часі. Але це не відповідає дійсності», — пояснює Люк Бенавіц, аспірант і співавтор дослідження.
Виявилося, що врахування зміни концентрацій елементів у часі призводить до зовсім інших результатів. У новій симуляції утворення коронального дощу почалося вже через 35 хвилин після нагрівання. Для порівняння: в попередніх моделях цей процес займав від кількох годин до кількох днів.
Як коливання елементів впливають на плазму
Основний механізм, який описали вчені, — це процес втрати енергії через радіацію. У пікових точках корональних петель, де концентрація важчих елементів зростає, збільшується радіаційне випромінювання, що веде до стрімкого охолодження локальних ділянок.
Температура падає, плазма «конденсується», починає падати вниз — так запускається лавиноподібний механізм охолодження. Таким чином, коливання елементного складу напряму впливають на розподіл енергії в атмосфері Сонця.
«Ці зміни є критичними для розуміння охолодження плазми у сонячній атмосфері і, як ми показали, можуть безпосередньо спричиняти утворення коронального дощу», — підсумовують дослідники у своїй науковій статті.
Як спостерігають корональний дощ
Для вивчення явища використовують дані з телескопів NASA, зокрема сонячної обсерваторії Solar Dynamics Observatory (SDO). Вона фіксує зображення у крайніх ультрафіолетових діапазонах, які дозволяють побачити рух плазми у короні Сонця. Саме завдяки цим спостереженням астрономи фіксують дугоподібні потоки, що свідчать про присутність коронального дощу.
Поєднання спостережень з реалістичним моделюванням дозволяє краще зрозуміти не лише структуру корональних петель, а й загальні механізми теплообміну у зоряній атмосфері. Це важливо як для фундаментальної науки, так і для прогнозування сонячної активності.
Що означає це відкриття для науки
Окрім розкриття механізмів утворення коронального дощу, дослідження змушує переглянути уявлення про корональне нагрівання — процес, що пояснює, чому температура зовнішніх шарів Сонця значно вища за температуру його поверхні.
«Можливо, нам доведеться повернутися до креслярської дошки щодо моделей коронального нагрівання. Попереду — багато нової й цікавої роботи», — зазначає Джеффрі Ріп, астроном з IfA та один із авторів публікації.
Зрештою, це відкриття може мати значення не лише для дослідження Сонця, а й для розуміння поведінки інших зірок. Моделі, які враховують змінність складу атмосфери, можуть бути застосовані до зоряних систем у різних куточках галактики.
