Lawiny magnetyczne napędzają rozbłyski słoneczne
Podobnie jak lawiny w górskich masywach, które zaczynają się od niewielkiego poruszenia śniegu, rozbłyski słoneczne mogą być inicjowane przez pozornie słabe zaburzenia. Takie wnioski płyną z obserwacji sondy Solar Orbiter należącej do ESA.
Niewielkie niestabilności w polach magnetycznych Słońca szybko narastają, prowadząc do gwałtownych erupcji i tworząc swoisty „deszcz” kropli plazmy, który utrzymuje się nawet po wygaśnięciu rozbłysku.
Odkrycie oparto na jednych z najbardziej szczegółowych obserwacji dużego rozbłysku słonecznego, zarejestrowanych 30 września 2024 r. podczas bliskiego przelotu Solar Orbiter obok Słońca. Wyniki opisano w artykule opublikowanym w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.
Rozbłyski słoneczne to potężne eksplozje energii, powstające w wyniku nagłego „ponownego połączenia” splątanych linii pola magnetycznego. W ciągu kilku minut proces ten może silnie nagrzewać i przyspieszać plazmę oraz cząstki o wysokich energiach. Najsilniejsze rozbłyski są w stanie wywoływać burze geomagnetyczne na Ziemi, zakłócając łączność radiową, dlatego ich zrozumienie ma kluczowe znaczenie.
Do tej pory mechanizm tak szybkiego uwalniania ogromnych ilości energii pozostawał słabo poznany. Przełom przyniosły jednoczesne obserwacje czterech instrumentów Solar Orbiter, które po raz pierwszy pozwoliły prześledzić pełny rozwój rozbłysku — od jego zalążka aż po wygaszenie.
Obserwacje rozpoczęte około 40 minut przed maksimum rozbłysku ujawniły obecność ciemnego, łukowatego filamentu złożonego ze skręconych linii pola magnetycznego i plazmy. Zdjęcia z instrumentu EUI pokazały, że w tym obszarze niemal co dwie sekundy pojawiają się nowe, ciasno zwinięte struktury magnetyczne.
Z czasem region ten stał się niestabilny. Skręcone pasma zaczęły pękać i ponownie się łączyć, wywołując kaskadę kolejnych zdarzeń rekoneksji. Proces ten przypominał lawinę – pojedyncze, niewielkie zdarzenia szybko doprowadziły do gwałtownego uwolnienia energii. Kulminacja nastąpiła około 23:47 czasu uniwersalnego, gdy filament częściowo oderwał się i został wyrzucony w przestrzeń kosmiczną.
Jak podkreśla główny autor badania Pradeep Chitta z Instytutu Maxa Plancka, obserwacje te pokazują, że duży rozbłysk nie musi być pojedynczą eksplozją, lecz może stanowić efekt kaskady wielu mniejszych procesów rekoneksji zachodzących niemal jednocześnie.
Równoczesne pomiary instrumentów SPICE i STIX pozwoliły zbadać, jak energia gromadzi się i uwalnia w zewnętrznych warstwach atmosfery Słońca. Szczególnie wyraźna była emisja promieniowania rentgenowskiego, wskazująca miejsca, w których wysokoenergetyczne cząstki oddawały swoją energię.
Podczas samego rozbłysku cząstki zostały przyspieszone do prędkości sięgających niemal połowy prędkości światła. Jednocześnie naukowcy zaobserwowali szybko opadające struktury plazmy — „krople”, które przemieszczały się w dół korony słonecznej jeszcze przed maksimum rozbłysku i utrzymywały się także po jego ustaniu.
Po głównej fazie erupcji struktury magnetyczne stopniowo się rozluźniały, plazma ochładzała się, a emisja cząstek wracała do typowych poziomów. Obserwacje instrumentu PHI ujawniły również wyraźny ślad rozbłysku na widocznej powierzchni Słońca, dopełniając trójwymiarowy obraz zjawiska.
Zdaniem naukowców odkrycie lawinowego mechanizmu uwalniania energii to jeden z najważniejszych dotychczasowych wyników misji Solar Orbiter. Kolejnym krokiem będzie sprawdzenie, czy podobny proces odpowiada za wszystkie rozbłyski słoneczne — i czy zachodzi również na innych gwiazdach.
– To jeden z najbardziej ekscytujących wyników badań Solar Orbiter do tej pory. Obserwacje Solar Orbiter ujawniają centralny mechanizm wybuchu słonecznego i podkreślają kluczową rolę mechanizmu uwalniania energii magnetycznej przypominającego lawinę. Interesującą perspektywą jest to, czy mechanizm ten występuje we wszystkich wybuchach słonecznych i na innych gwiazdach, na których dochodzi do wybuchów – powiedział Miho Janvier, współkierownik projektu Solar Orbiter w ESA.
Solar Orbiter to międzynarodowa misja kosmiczna realizowana wspólnie przez ESA i NASA, prowadzona przez ESA.
Źródło: ESA
Czytaj też: Scanway z globalną umową na dostawę nowej klasy instrumentów optycznych
Grafika tytułowa: Braňo / Unsplash
