Подобно снежной лавине, которая начинается с небольшого сдвига и перерастает в сокрушительный поток, солнечные вспышки зарождаются из едва заметных магнитных возмущений, которые затем стремительно усиливаются. Новые наблюдения, сделанные космическим аппаратом Solar Orbiter Европейского космического агентства, показали, что эти ранние изменения могут быстро перерасти в мощнейшие извержения, порождая зрелищный каскад светящихся сгустков плазмы, которые «проливаются дождем» в атмосфере Солнца еще долго после пика основной вспышки.
Это открытие стало возможным благодаря одному из самых детальных наблюдений крупной солнечной вспышки в истории. Событие было зафиксировано во время близкого пролета Solar Orbiter мимо Солнца 30 сентября 2024 года, а его описание опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics. Солнечные вспышки – одни из самых мощных взрывов в Солнечной системе. Они происходят, когда огромное количество энергии, накопленной в закрученных магнитных полях, внезапно высвобождается в процессе, известном как магнитное пересоединение. Самые сильные вспышки могут вызвать цепную реакцию, достигающую Земли и провоцирующую геомагнитные бури и сбои в радиосвязи. Именно поэтому ученые стремятся понять, как именно вспышки зарождаются и развиваются.
Долгое время точный механизм, позволяющий Солнцу высвобождать колоссальную энергию за считаные минуты, оставался загадкой. Теперь редкое сочетание данных от четырех приборов Solar Orbiter, работавших согласованно, предоставило наиболее полную картину того, как разворачивается вспышка с самых первых мгновений. Ультрафиолетовый телескоп EUI получил удивительно четкие изображения внешней атмосферы Солнца – короны, – фиксируя изменения каждые две секунды. Одновременно три других инструмента, SPICE, STIX и PHI, изучали разные слои Солнца, от горячей короны до видимой поверхности, или фотосферы.
«Нам действительно очень повезло наблюдать предвестники этой крупной вспышки в таких прекрасных деталях», – говорит Прадип Читта из Института исследований Солнечной системы Макса Планка в Германии, ведущий автор статьи. Наблюдения позволили отследить нарастание активности в течение примерно 40 минут до пика вспышки. За 40 минут до максимума прибор EUI зафиксировал темную дугообразную структуру из скрученных магнитных полей и плазмы. Почти в каждом кадре, с интервалом в две секунды, появлялись новые магнитные волокна, которые напоминали туго скрученные канаты.
По мере того как волокна формировались и скручивались, область становилась нестабильной. Подобно набирающей силу лавине, магнитные структуры начали разрываться и пересоединяться в быстрой последовательности. Это вызвало распространяющуюся цепь возмущений, каждое из которых было сильнее предыдущего. В 23:29 по всемирному времени произошла особенно интенсивная вспышка, после чего темный «канат» оторвался с одной стороны и был выброшен наружу, яростно раскручиваясь. «Эти минуты перед вспышкой чрезвычайно важны, и Solar Orbiter дал нам возможность заглянуть прямо в основание вспышки, где начался этот лавинообразный процесс», – отмечает Прадип Читта.
Комбинируя данные приборов SPICE и STIX, команда изучила, как эта быстрая последовательность пересоединений передает энергию в верхние слои атмосферы Солнца. По мере усиления вспышки резко возросло рентгеновское излучение, ускоряя частицы до 40–50% от скорости света. Данные также показали прямой перенос энергии от магнитных полей к окружающей плазме. «Мы видели лентоподобные структуры, движущиеся чрезвычайно быстро вниз через атмосферу Солнца еще до основного эпизода вспышки, – добавляет ученый. – Эти потоки «падающих сгустков плазмы» являются признаками выделения энергии, которые усиливаются по мере развития вспышки. Этот «дождь» продолжается некоторое время даже после ее затухания».
Новые результаты показывают, что крупная вспышка не обязательно является единым взрывом. Вместо этого она может возникать из множества более мелких событий пересоединения, которые взаимодействуют и накладываются друг на друга, образуя мощный каскад. После прохождения самой интенсивной фазы приборы зафиксировали, как магнитные структуры расслабляются, а плазма остывает. «Эти захватывающие наблюдения, сделанные с невероятной детализацией, позволили нам увидеть, как последовательность небольших событий переросла в гигантские выбросы энергии», – говорит соавтор статьи Дэвид Понтин из Университета Ньюкасла, Австралия. По его словам, увиденное бросает вызов существующим теориям и позволит усовершенствовать их для лучшего понимания солнечных процессов.
