Ученые хотят лучше понять этот процесс, чтобы заранее предупреждать о такой космической погоде, которая может повлиять на спутники, находящиеся рядом с Землей, и помешать радиосвязи. Одна из причин, по которой его так сложно изучать, заключается в том, что магнитное пересоединение нельзя наблюдать напрямую, потому что магнитные поля невидимы.
Вместо этого ученые используют комбинацию компьютерного моделирования и скудной выборки наблюдений за событиями магнитного пересоединения, чтобы попытаться понять, что происходит.«Сообщество все еще пытается понять, как магнитное пересоединение вызывает вспышки», — сказал Ян Су, солнечный ученый из Университета Граца в Австрии. «У нас так много свидетельств, но картина еще не полная».Теперь Су добавил новое визуальное свидетельство. Просматривая данные наблюдений из SDO НАСА, сокращенно от Solar Dynamics Observatory, Су увидел что-то особенно трудное для извлечения из данных: прямые изображения магнитного пересоединения, происходящего на Солнце.
Су и его коллеги сообщили об этих результатах в журнале Nature Physics 14 июля 2013 года. Хотя несколько заманчивых изображений пересоединения были замечены ранее, в этой статье представлен первый исчерпывающий набор данных, которые можно использовать для ограничения и улучшения моделей этого фундаментального процесс на солнце.
Сами по себе силовые линии магнитного поля действительно невидимы, но они, естественно, заставляют заряженные частицы — материал, называемый плазмой, из которой состоит Солнце, — двигаться по своей длине. Космические телескопы могут видеть этот материал в виде ярких линий, изгибающихся по дуге в атмосфере Солнца, и таким образом отображать наличие силовых линий магнитного поля.
Глядя на серию изображений, Су увидел, что два пучка линий поля движутся навстречу друг другу, ненадолго встречаются, чтобы сформировать то, что выглядело как «Х», а затем разлетелись, при этом один набор линий и сопутствующие им частицы прыгнули в космос, а другой набор. падение обратно на солнце.«Часто бывает трудно определить, что на самом деле происходит в трех измерениях по этим изображениям, поскольку сами изображения двухмерны», — сказал Гордон Холман, ученый-соляр из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, который также является исследователем. автор статьи. «Но если вы посмотрите достаточно долго и сравните данные с других инструментов, вы сможете убедительно доказать, что происходит».Чтобы подтвердить то, что они видели, ученый обратился ко второму космическому аппарату НАСА, Солнечному спектроскопу высоких энергий Реувена Рамати, известному как RHESSI. RHESSI собирает спектрограммы, своего рода данные, которые могут показать, где находится исключительно горячий материал в любом данном событии на Солнце.
RHESSI показал горячие карманы солнечного материала, образующиеся выше и ниже точки пересоединения, установленный признак такого события. Объединив данные SDO и RHESSI, ученые смогли описать процесс того, что они видели, в значительной степени подтвердив предыдущие модели и теории, при этом выявив новые трехмерные аспекты этого процесса.
Под поверхностью Солнца течет заряженный материал, плазма. Магнитные петли возникают из этого потока и создают области положительных магнитных полюсов, лежащих рядом с отрицательными.
Петли поднимаются над солнцем от одной полярности к другой. По мере того, как солнечный материал продолжает течь под поверхностью, положительный и отрицательный полюса скользят друг мимо друга — подобно тому, как тектонические плиты на Земле скользят мимо друг друга — хотя на Солнце, конечно, материал представляет собой горячий газ, а не Тяжелый рок. Это приводит к тому, что расположенные выше дуги разрастаются, скручиваются в стороны и становятся более нестабильными.
Сам акт этого проскальзывания или сдвига вкладывает больше энергии в систему, скрученную и ожидающую пружины, как скручивание резиновой ленты перед тем, как отпустить ее. В конце концов силовые линии магнитного поля в дугах изгибаются внутрь, соприкасаются и повторно соединяются, при этом испуская яркую вспышку при высвобождении энергии, отправляя излучение и энергичные частицы в космос.
В фильмах SDO свет освещает аркаду петель, по мере того как процесс повторного соединения проходит каскадом по их длине. Яркие петли наклоняются в область пересоединения с каждой стороны.
По мере изменения конфигурации силовых линий магнитного поля новые петли выбрасываются вниз, в то время как веревка плазмы отделяется и поднимается вверх. В некоторых случаях веревка достигает космической скорости и становится выбросом корональной массы, отправляя миллиарды тонн вещества в космос.«Мы впервые видим полную и подробную структуру этого процесса из-за высокого качества данных от SDO», — сказал Су. «Он поддерживает всю картину восстановления соединения с визуальными доказательствами».Су сказал, что с помощью этих изображений они могут оценить, как быстро восстанавливаются магнитные поля, а также сколько материала входит в процесс и сколько выходит.
Такая информация может быть включена в модели магнитного пересоединения, чтобы помочь уточнить теории о процессе.Ученые хотят узнать больше о магнитном пересоединении не только из-за того, что оно делает на Солнце, но и потому, что это универсальный процесс, который происходит около Земли, внутри ее магнитной среды, магнитосферы и повсюду в звездах. Поскольку этот процесс очень трудно увидеть на Солнце, а также его сложно воссоздать и изучить в лаборатории, исследователи планируют более пристально изучить магнитное пересоединение в космосе.
Чтобы изучить магнитное пересоединение еще более подробно, НАСА запустит в конце 2014 года миссию Magnetospheres Multiscale (MMS). MMS состоит из четырех космических аппаратов, которые будут проходить через события магнитного пересоединения, которые происходят в магнитосфере Земли. Используя несколько космических аппаратов — SDO, RHESSI, MMS и другие — для решения этой проблемы, ученые смогут лучше понять самое начало космической погоды, с которой мы сталкиваемся на Земле.
Эти результаты были получены в рамках совместного исследовательского проекта Европейской комиссии и НАСА под названием HESPE, сокращение от High Energy Solar Physics Data in Europe.Ссылки по теме
Веб-сайт SDO: http://www.nasa.gov/mission_pages/sdo/main/index.htmlРЕССИ: http://science.nasa.gov/missions/rhessi/