Команда смоделировала наблюдения, используя современное численное моделирование, выполненное на суперкомпьютере Pleiades в исследовательском центре NASA Ames. Исследование показывает, как в процессе образования солнечных пятен территориальная борьба между магнитными пучками, выходящими на поверхность Солнца, приводит к образованию так называемых «световых мостов» и генерации плазменных струй и взрывов. Это исследование впервые раскрывает тесную взаимосвязь между магнетизмом, скрытым в недрах Солнца, образованием солнечных пятен на поверхности и динамизмом атмосферы Солнца.
Рецензируемые результаты будут опубликованы в журнале Astrophysical Journal.Солнечные пятна, загадочные темные точки на светящейся поверхности Солнца, наблюдались и контролировались астрономами на протяжении веков. Однако только в начале 20 века Джордж Эллери Хейл из обсерватории Маунт Вильсон обнаружил их истинную природу.
Используя недавно открытую атомную физику, Хейл объяснил поляризованный свет солнечных пятен существованием сильных магнитных полей. При напряженности поля 0,3 Тесла и выше солнечные пятна имеют более сильные магнитные поля, чем те, которые генерируются внутри аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ) в больницах. Солнечные пятна настолько велики, что в каждую может поместиться несколько Земель.
В некотором смысле солнечные пятна похожи на МРТ размером с планету. Интенсивные магнитные поля солнечных пятен заряжают атмосферу Солнца, часто вызывая солнечные вспышки и выбросы, которые оказывают прямое влияние на космическую среду вокруг Земли.
Как рождаются солнечные пятна, как они развиваются и как они влияют на космическую погоду — это вопросы, центральные для нашего понимания Солнца и магнитных отношений между Солнцем и Землей.Космические миссии, такие как Hinode, обсерватория солнечной динамики (SDO) и спектрограф для визуализации областей интерфейса (IRIS), позволяют ученым наблюдать рождение солнечных пятен с беспрецедентной детальностью. Эти комбинированные наблюдения показывают, как силовые линии магнитного поля в недрах Солнца выходят на поверхность. Во-первых, магнитные поля выглядят как «маленькие» пучки размером с города и штаты.
Иногда, когда два соседних «прото-пятна» (известные как поры) приближаются друг к другу, они сжимают промежуточную слабо намагниченную плазму в вытянутую структуру, называемую световым мостом. По мере того, как слияние прогрессирует, световые мостики в конечном итоге вытесняются и образуются полноценные солнечные пятна. Борьба за мощность магнитного поля во время этого процесса объединения вызывает повторяющиеся эпизоды плазменных струй и взрывов.
Доктор Торими и его коллеги проследили образование солнечного пятна с беспрецедентной детальностью, используя данные японского спутника Hinode, а также данные обсерватории NASA Solar Dynamics Observatory и спектрографа для визуализации областей интерфейса. Объединив эти данные с подробной компьютерной моделью образования солнечных пятен, выполненной на суперкомпьютере Pleiades в NASA Ames, их работа объясняет, как сливаются поры, как создаются солнечные пятна и почему между сливающимися порами происходят взрывы и струи.Во-первых, они проанализировали данные спутниковых наблюдений и определили детальную магнитную структуру пор и перемычки, а также механизм взрывов и выбросов струи. Наблюдения с высоким разрешением поверхностных магнитных полей Хиноде показали, что две сливающиеся поры имеют сильные вертикальные магнитные поля, в то время как зажатый световой мост скрывает слабые горизонтальные поля.
Кроме того, наблюдения IRIS атмосферы над световым мостом показали, что взрывы и выбросы струи происходят многократно и с перерывами в результате магнитного пересоединения. Это означает, что горизонтальные поля перемычки многократно ломаются и устанавливают новые связи с вертикальными полями окружающих пор. Это приводит к внезапным повторяющимся всплескам активности (взрывы и выбросы реактивных двигателей).
Что движет формированием светового мостика и несовпадением соседних магнитных полей? Команда ответила на этот вопрос с помощью суперкомпьютера НАСА Pleiades.
Их компьютерная модель показала, как потоки магнетизма из недр Солнца прорываются на поверхность Солнца. Возникающий магнитный поток сначала появляется в виде небольших пучков, но самоорганизуется в более крупные конгломераты, чтобы в конечном итоге сформировать солнечное пятно. Модель воспроизводит световой мостик и поры, обнаруженные в наблюдениях, и предлагает следующее объяснение. Когда две стенки магнитного потока приближаются друг к другу во время образования солнечных пятен, плазма с более слабыми магнитными полями оказывается зажатой между стенками.
Когда этот захваченный материал сжимается, он выглядит как световой мостик на поверхности. Магнитное поле этой захваченной плазмы смещено относительно соседних сильных полей, что приводит к магнитному пересоединению, вызывающему повторные извержения и плазменные струи.Это исследование показывает, что подповерхностные движения Солнца являются основной движущей силой всплесков активности в атмосфере Солнца. Солнечные недра служат резервуаром энергии, которая порождает солнечные пятна, которые структурируют магнитное поле солнечной короны и определяют, как Солнце влияет на Землю магнитно.
Сходство между наблюдениями и численным моделированием предполагает, что мы начинаем понимать фундаментальные процессы, происходящие внутри Солнца и в атмосфере. Эти физические принципы, которые определяют эволюцию магнитной плазмы, также действуют в гелиосфере, в других астрофизических объектах и в термоядерных устройствах в лаборатории. Миссии, в том числе Hinode, SDO и IRIS, наблюдают за Солнцем, превращая его в естественную лабораторию для изучения физики плазмы.
Ресурсы, поддерживающие эту работу, были предоставлены программой NASA High-End Computing (HEC) через Подразделение NASA Advanced Supercomputing (NAS) в Исследовательском центре Эймса.