Coś napędza wybuchy Słońca. Chyba właśnie trafili na winnego
Rozbłysk słoneczny to nie jeden wybuch, ale cała lawina magnetycznych zerwań. Naukowcy chyba właśnie znaleźli winnego deszczu ognistych kropli.
Przez lata rozbłysk słoneczny kojarzył się z jednym potężnym wystrzałem energii. Najnowsze dane z misji Solar Orbiter sugerują jednak coś innego. Słońce wybucha niczym śnieg na stoku narciarskim, na którym jedno małe poruszenie uruchamia całą lawinę. W koronę gwiazdy wprasowuje się plątanina pól magnetycznych, która zaczyna się masowo rwać, a po głównym rozbłysku niebo nad Słońcem jeszcze długo zasnuwa deszcz ognistych kropli plazmy.
Lawina zamiast pojedynczego wybuchu
Rozbłysk słoneczny to gwałtowne uwolnienie energii z pola magnetycznego Słońca. W fizyce plazmy od dawna mówi się o rekoneksji magnetycznej, czyli sytuacji, w której linie pola o przeciwnych kierunkach zbliżają się, zrywają i łączą w nowej konfiguracji, oddając ogromne ilości energii w plazmę wokół.
Dotąd jednak trudno było dokładnie uchwycić, jak ten proces wygląda krok po kroku. Nowa analiza danych z rozbłysku zaobserwowanego 30 września 2024 r. pokazuje, że jest to cała seria gwałtownych mikrozdarzeń. Naukowcy opisują to zjawisko jak lawinę: najpierw coś drga w niewielkim fragmencie pola magnetycznego, potem kolejne tracą stabilność, aż w końcu cały region rusza z miejsca i przechodzi w stan gwałtownego wybuchu.
Oznacza to, że rozbłysk nie musi być pojedynczą, spójną eksplozją. To raczej kaskada wielu rekoneksji, które uruchamiają się jedna po drugiej, wzajemnie się wzmacniają i w krótkim czasie zmieniają spokojny rejon korony w gwałtownie kipiący obszar.
Najdokładniejszy podgląd rozbłysku w historii misji
Taki wgląd był możliwy dzięki wyjątkowo korzystnemu ustawieniu sondy Solar Orbiter względem Słońca. Podczas zbliżenia 30 września 2024 r. statek znalazł się na tyle blisko, że jego instrumenty mogły śledzić zmiany w koronie z rozdzielczością rzędu kilkuset kilometrów i odświeżaniem co 2 sek.
Istotną rolę odegrała tu kamera EUI rejestrująca promieniowanie nadfioletowe z najbardziej rozgrzanych warstw atmosfery Słońca. To właśnie ona pokazała drobne struktury, z których składał się rejon przyszłego rozbłysku. Jednocześnie spektrometr SPICE mierzył temperaturę i skład rozgrzanej plazmy, teleskop STIX śledził promieniowanie rentgenowskie związane z przyspieszonymi cząstkami, a instrument PHI rejestrował zmiany bliżej widocznej powierzchni gwiazdy.
Taka kombinacja pozwoliła zbudować niemal trójwymiarowy, dynamiczny obraz rozbłysku – od warstw, w których pole magnetyczne sprężynuje i gromadzi energię, aż po miejsca, gdzie ta energia zamienia się w ogrzaną plazmę i promieniowanie X. Co ważne, udało się uchwycić nie tylko sam szczyt zjawiska, ale około 40 min poprzedzających maksimum rozbłysku.
Tak startuje magnetyczna lawina
Kiedy EUI zaczęła obserwować region przyszłego rozbłysku, na tle korony była już widoczna ciemna struktura przypominająca łuk, w którym gęstsza plazma i pole magnetyczne tworzą zwinięty, napięty pakiet. Obok rysował się charakterystyczny kształt przypominający krzyż z jaśniejących linii pola. Zbliżenia pokazały, że ten krzyż nie jest jednorodny. W każdej kolejnej klatce widać było nowe, cienkie włókna pola magnetycznego, które formowały się, skręcały i zmieniały jasność. Można to porównać do sznura splatanego z kolejnych, napiętych linek.
W pewnym momencie układ przestaje być stabilny. Pojedyncze włókna zaczynają pękać, a w ich miejscach dochodzi do rekoneksji, czyli gwałtownego przełączenia konfiguracji pola. Każda taka drobna rekoneksja dodaje energii do sąsiednich struktur, zwiększając szanse na kolejne zerwania. W ciągu krótkiego czasu region zachowuje się jak stok, na którym ruszyła lawina: z pozoru lokalne zaburzenie przechodzi w kaskadę narastających zjawisk.
Około 23:29 czasu UT widać wyraźne rozjaśnienie jednego z fragmentów, po czym filament traci podparcie z jednej strony, zrywa się i zaczyna dynamicznie rozwijać w przestrzeni. Wzdłuż jego długości pojawiają się liczne iskry, a ściślej mówiąc jasne punkty, które zdradzają kolejne miejsca rekoneksji. W kulminacyjnym momencie, około 23:47, region przechodzi w pełnoprawny rozbłysk.
Deszcz ognistych kropli nad Słońcem
Rozbłysk nie kończy się jednak w chwili, gdy Słońce wypromieniowuje maksimum energii. Dane z Solar Orbiter pokazują, że skutki magnetycznej lawiny są widoczne jeszcze długo po głównym błysku.
Spektrometr STIX zarejestrował gwałtowny wzrost emisji promieniowania X, który towarzyszy przyspieszaniu cząstek. W czasie maksimum część cząstek została rozpędzona do prędkości 40-50 proc. prędkości światła. To one mogą później wyruszyć w przestrzeń międzyplanetarną i stanowić zagrożenie radiacyjne dla satelitów czy astronautów.
Jednocześnie EUI i SPICE pokazały coś, co naukowcy opisują jako deszcz plazmowych kropli. W strukturach korony pojawiają się jasne, wąskie wstęgi, które szybko przemieszczają się ku niższym warstwom atmosfery. To plazma, która po rekoneksji i ogrzaniu spływa po liniach pola magnetycznego niczym rozgrzane krople po niewidzialnych szynach.
Co ważne, ten deszcz nie ustaje od razu po szczycie rozbłysku. Nawet gdy jasność wraca do poziomu zbliżonego do tła, wciąż widać pojedyncze, szybko poruszające się struktury plazmy. To sygnał, że energia uwolniona przez lawinę magnetyczną jest rozprowadzana w atmosferze Słońca jeszcze przez dłuższą chwilę, zanim układ ostatecznie się uspokoi.
Równolegle instrument PHI zarejestrował odcisk rozbłysku bliżej widocznej powierzchni Słońca. Dzięki temu udało się połączyć zjawiska zachodzące wysoko w koronie z reakcją niżej położonych warstw, co dopełnia trójwymiarowego obrazu całego wydarzenia.
No dobra, ale po co tak właściwie nam ta wiedza?
Rozbłyski słoneczne to nie tylko zwykła ciekawostka dla maniaków astrofizyki. Najsilniejsze z nich potrafią uruchomić cały ciąg zdarzeń prowadzących do burz geomagnetycznych na Ziemi. Skutkiem mogą być przerwy w łączności radiowej, zakłócenia systemów nawigacyjnych i problemy z działaniem satelitów.
Aby lepiej prognozować pogodę kosmiczną, trzeba przede wszystkim rozumieć, kiedy rozbłysk się zacznie, jak długo potrwa i jak dużo energii zostanie przekazane cząstkom w przestrzeni międzyplanetarnej. Nowy obraz rozbłysku jako magnetycznej lawiny oznacza, że obserwując pierwsze drobne rekoneksje, być może da się wcześniej rozpoznać, że region korony zbliża się do punktu krytycznego.
Przeczytaj także:
Model lawiny magnetycznej od dawna wykorzystywano do statystycznego opisu tysięcy rozbłysków na Słońcu i innych gwiazdach, ale brakowało bezpośrednich dowodów, że pojedynczy, duży rozbłysk rzeczywiście składa się z kaskady mniejszych zdarzeń. Teraz, dzięki Solar Orbiter, taki dowód wreszcie się pojawił. Pozostaje pytanie, czy podobny mechanizm działa we wszystkich rozbłyskach, także na innych gwiazdach, które obserwujemy tylko jako chwilowe pojaśnienia na wykresach jasności.
