Астрофизики указали на ключевой фактор корональных выбросов

Ученые из принстонской лаборатории изучения физики плазмы (Princeton Plasma Physics Laboratory) провели эксперименты, в которых они смоделировали движение плазмы на поверхности Солнца, а также магнитное поле, контролирующее этот процесс. Результаты позволили им описать действие ключевого фактора, ответственного за корональные выбросы. Результаты работы опубликованы в Nature.
Корональные выбросы Солнца происходят под действием неожиданного выброса энергии солнечного магнитного поля, возникающего в результате конвекции плазмы внутри звезды. Выбросы часто формируются над солнечными пятнами — последние являются регионами интенсивной магнитной активности на поверхности Солнца и образуются в результате выхода в фотосферу сильных магнитных полей. Из-за дифференциального вращения звезд, эти поля приобретают форму тора и растягиваются, препятствуя конвекции вещества.
Топология выбросов повторяет топологию окружающих их магнитных полей — таким образом выброс имеет форму гигантской петли. Известно, что петли иногда формируются на поверхности Солнца, но при этом не извергаются, «обрушиваясь» обратно на фотосферу. Считается, что процессом управляет так называемая «торовая нестабильность», представляющая собой нарушение баланса магнитогидродинамических сил. Торовая нестабильность возникает при быстром пространственном угасании «стягивающего» магнитного поля, чьи линии направлены перпендикулярно петле (если представить, что петля выходит из фотосферы Солнца на юге и возвращается в нее на севере, то линии стягивающего поля будут направлены по линии восток-запад). В то же время существуют данные, указывающие на то, что даже торо-нестабильные петли иногда не извергаются, то есть процесс контролируется неким фактором, который ученые пока не учитывают.

Проведенные американскими физиками эксперименты помогли раскрыть эту загадку.

По их наблюдениям, решающее влияние на извержение оказывает так называемое «направляющее магнитное поле» — силовые линии, тороидально протекающие вдоль оси петли. Линии этого поля перпендикулярны линиям стягивающего магнитного поля, и в результате их взаимодействия образуется полный магнитный потенциал, контролирующий движение плазмы. Если направляющее поле велико, вещество будет удержано на солнечной поверхности за счет динамического тороидального натяжения поля. Если же оно ослаблено, то вещество вырвется за пределы фотосферы и произведет массивный корональный выброс.

Корональные выбросы Солнца приводят к выбросам плазмы и радиации в космическое пространство. Эти выбросы представляют серьезную угрозу для космических приборов и астронавтов, поэтому уметь предсказывать их появление крайне важно. По мнению исследователей, учет направляющего магнитного поля в современных моделях солнечной активности поможет сделать прогнозы коронарных выбросов более точными.

Александра Стуккей