Астрофизики разобрались с образованием спикул на поверхности Солнца

Новая численная модель, созданная американо-шведской группой ученых, реалистично воссоздает картину плазменных потоков на поверхности Солнца. Исследование, основанное на детальных наблюдательных данных, позволит лучше понять динамику верхних слоев светила и формирование космической погоды. Результаты работы изложены на страницах журнала Science.

Солнечные спикулы — струи звездного вещества, поднимающиеся из солнечной атмосферы, — движутся со скоростью до 100 километров в секунду, достигают 10 000 километров в длину и живут всего 5-10 минут. В каждый момент времени на поверхности Солнца существует порядка 10 миллионов этих образований, но, несмотря на их распространенность, ученые не до конца понимали процесс их образования.

Новая работа опирается на данные спутника IRIS и наземного солнечного телескопа на острове Ла Пальма, располагающегося в Канарском архипелаге. Таким образом астрономы смогли изучить нижние слои атмосферы, где образуются спикулы. «Численные модели и наблюдения в нашем исследовании идут рука об руку, — говорит соавтор работы Барт де Понтье из Солнечной и астрофизической лаборатории Локхид Мартин в Пало Альто. — Мы сравниваем их, чтобы узнать, насколько хороши предсказания моделей и нужно ли их улучшать в случае существенных расхождений».

Ключевым компонентом для появления спикул в расчетах оказались нейтральные частицы, а не ионы плазмы, так как в области формирования спикул температура для полной ионизации вещества недостаточна. Включить в модель материю, которая не подвержена непосредственному влиянию магнитного поля, с точки зрения вычислений оказалось довольно сложно, поэтому финальный расчет занял почти год процессорного времени.

«Обычно магнитное поле сильно связано с заряженными частицами, — поясняет Хуан Мартинез-Сикора, ведущий автор работы. — Если в модели учитывать только заряженные частицы, то линии магнитного поля не могут подняться над поверхностью Солнца. Когда мы добавили нейтральные, магнитное поле смогло двигаться намного свободнее». Незаряженные частицы придавали магнитному полю «плавучесть», необходимую для достижения хромосферы, где они превращались в спикулы, высвобождая плазму и энергию. Также модель показала, что в этом же процессе могут рождать альфеновские волны — особый тип магнитогидродинамических колебаний, которые многие ученые считают причиной разогрева короны Солнца.