7 июня 2011 года с поверхности Солнца произошел самый большой выброс вещества, который когда-либо наблюдался. В последующие дни плазма, извергнутая Солнцем, устремилась в космос. Но большая часть материала, поднявшегося с поверхности Солнца, быстро упала обратно на поверхность нашей звезды.
Для солнечных физиков из лаборатории космических исследований Малларда при Калифорнийском университете наблюдение за этим солнечным фейерверком было уникальной возможностью изучить, как ведет себя солнечная плазма.«Мы давно знали, что у Солнца есть магнитное поле, как у Земли. Но в некоторых местах оно слишком слабое, чтобы мы могли его измерить, если только через него не упадет что-то. Этот красивый взрыв был подарком, которого мы ждали », — говорит Дэвид Уильямс, один из авторов исследования.
С 2010 года Обсерватория солнечной динамики НАСА (SDO) постоянно фотографирует поверхность Солнца. На наш взгляд, наша звезда кажется почти неизменной, с редкими мимолетными пятнами — единственными изменениями, которые можно увидеть без специальной аппаратуры. Но инструменты SDO могут прорезать ослепительную яркость, увеличивать детали и видеть длины волн света, которые блокируются атмосферой Земли. Эта комбинация высококачественных изображений и постоянного мониторинга означает, что теперь ученые могут видеть детали того, как динамическая поверхность Солнца изменяется с течением времени.
Извержение 7 июня 2011 года было в некоторой степени крупнейшим зарегистрированным с момента начала этого постоянного мониторинга, а это означает, что огромный каскад вещества, упавшего обратно на Солнце после извержения, был уникальной возможностью изучить в необычно большом масштабе гидродинамику эти явления.«Мы заметили, что форма шлейфа плазмы была довольно специфической», — говорит Джек Карлайл, ведущий автор исследования. «Когда он упал на Солнце, он неоднократно разделялся на части, как капли чернил, падающие через воду, с разветвляющимися пальцами материала. Он не слипался. Это отличный пример эффекта, в котором смешиваются легкие и тяжелые жидкости».
Менее плотные материалы обычно плавают поверх более плотных, не смешиваясь друг с другом, например, масло на воде или слои разных ликеров в коктейле. Однако измените порядок, поместив более плотную жидкость сверху, и более плотная жидкость будет быстро проваливаться через менее плотную, пока их положение не изменится на противоположное.
Сложный узор, образованный более плотной жидкостью, когда она многократно разделяется и разветвляется на все более тонкие «пальцы» материи, вызвана явлением, известным как неустойчивость Рэлея-Тейлора.Команда заметила на изображениях высокого разрешения SDO, что падающая плазма явно подверглась неустойчивости Рэлея-Тейлора, когда она вернулась на поверхность Солнца.
Это вполне ожидаемо — солнечная плазма плотнее солнечной атмосферы, через которую она проваливается. В космосе подобный эффект наблюдался ранее, хотя и в гораздо большем масштабе, в Крабовидной туманности.
Крабовидная туманность — это остаток сверхновой звезды, взорвавшейся в 10 веке. В тысячелетие, которое последовало за взрывом, более плотная материя начала падать обратно в центр туманности, демонстрируя те же структуры, похожие на пальцы, которые команда наблюдала на Солнце.Крупное исследование Крабовидной туманности в 1996 году показало, что нестабильность Рэлея-Тейлора в Крабовидной туманности на самом деле была немного изменена.
Сильно намагниченная среда в туманности изменяет пропорции пальцев, делая их толще, чем они были бы в противном случае.Команда UCL обнаружила, что тот же эффект имел место в выбросе корональной массы 7 июня 2011 года: даже в области, где магнитное поле Солнца было слабым, он изменял эффект Рэлея-Тейлора, изменяя форму плазменного шлейфа как он упал обратно на Солнце.Это наиболее впечатляющий пример эффекта, когда-либо наблюдавшегося на Солнце.
Исследование опубликовано в выпуске Astrophysical Journal от 20 февраля.