Przejdź do treści

Naukowcy zmierzyli energię i ewolucję pierwszych minut rozbłysku słonecznego

Aktywność słoneczna podczas całkowitego zaćmienia z 2013 roku

Z końcem 2017 roku na powierzchni Słońca wybuchł nowy, ogromny obszar pola magnetycznego położony obok istniejącej plamy słonecznej. Potężne zderzenie energii magnetycznej wytworzyło szereg silnych rozbłysków, wywołując także burzliwe kosmiczne warunki pogodowe na Ziemi. Były to pierwsze flary słoneczne uchwycone krok po kroku przez naukowców z NJIT, krótko po otwarciu teleskopu EOVSA (Expanded Owens Valley Solar Array radio telescope).

W badaniach opublikowanych w czasopiśmie Science naukowcy zajmujący się energią słoneczną, którzy zarejestrowali te obrazy, po raz pierwszy dokładnie wskazują, kiedy i gdzie eksplozja pola magnetycznego uwolniła energię podgrzewającą słoneczną plazmę do energii odpowiadającej miliardowi stopni Celsjusza. Dzięki danym zebranym w dziedzinie mikrofalowej uczeni mogli przeprowadzić ilościowe pomiary ewoluującego natężenia pola magnetycznego bezpośrednio po samym rozbłysku. Śledzili także jego konwersję do innych form energii - kinetycznej, termicznej i supertermicznej - które zasilają 5-minutową podróż rozbłysku słonecznego przez koronę naszej gwiazdy.

Do tej pory zmiany w polu magnetycznym korony zachodzące podczas rozbłysku lub innej wielkoskalowej erupcji były badane tylko pośrednio, na podstawie ekstrapolacji, na przykład pola magnetycznego mierzonego w fotosferze - powierzchniowej warstwie Słońca widzianej w świetle białym. Takie ekstrapolacje nie pozwalają na precyzyjne pomiary dynamicznych, lokalnych zmian pola magnetycznego w danych lokalizacjach oraz w skalach czasowych wystarczająco krótkich, aby precyzyjniej scharakteryzować uwalnianie się energii rozbłysku.

- Mogliśmy teraz określić najważniejsze lokalizacje, w których energia magnetyczna jest uwalniana w koronie - mówi Gregory Fleishman, naukowiec z Center for Solar-Terrestrial Research NJIT, autor publikacji. -To pierwsze obrazy ukazujące dokładnie mikrofizykę rozbłysków — szczegółowy łańcuch procesów zachodzących w małych skalach przestrzennych i czasowych, umożliwiający konwersję energii.

Mierząc spadek energii magnetycznej i równocześnie siłę pola elektrycznego w danym obszarze można wykazać, że wszystko odbywa się zgodnie z zasadami zachowania energii. A dzięki temu uczeni są w stanie oszacować przyspieszenie cząstek, które zasila rozbłysk słoneczny. Te podstawowe procesy są takie same jak procesy zachodzące w najpotężniejszych źródłach astrofizycznych, w tym w rozbłyskach gamma, ale także w eksperymentach laboratoryjnych będących przedmiotem zainteresowania zarówno jako przedmiot badań podstawowych, jak i w kontekście generowania energii w reakcjach syntezy jądrowej.

Dzięki wspólnej pracy 13 anten sieć EOVSA wykonuje zdjęcia na setkach wybranych częstotliwości elektromagnetycznych z zakresu 1-18 GHz, w tym w świetle widzialnym, w paśmie ultrafioletowym, na falach rentgenowskich i radiowych - a wszystko to zaledwie w ciągu sekundy. Ta możliwość drobiazgowego wglądu w mechanikę rozbłysków słonecznych otwiera nam nowe ścieżki do badań nad najpotężniejszymi erupcjami w Układzie Słonecznym.

- Emisja mikrofalowa jest jedynym mechanizmem wrażliwym na środowisko koronalnego pola magnetycznego, więc unikalne obserwacje mikrofalowe EOVSA są kluczem do zrozumienia szybkich zmian w polu magnetycznym - zauważa Dale Gary, profesor fizyki w NJIT, dyrektor EOVSA i współautor artykułu. - Pomiar jest taki jest możliwy, ponieważ wysokoenergetyczne elektrony przemieszczające się w koronalnym polu magnetycznym emitują swoje wrażliwe na pole magnetyczne promieniowanie w zakresie mikrofal.

Przed erą obserwacji siecią EOVSA nie było sposobu, aby zobaczyć rozległy obszar kosmosu, w którym cząstki wysokoenergetyczne są przyspieszane, a następnie stają się dostępne do dalszego przyspieszenia przez potężne fale uderzeniowe napędzane erupcją rozbłysku. Taki rozbłysk słoneczny, jeśli jest skierowany akurat ku Ziemi, może zniszczyć statki i sondy kosmiczne, a także zagraża astronautom. Omawiane badania są zatem ważne ze względu na możliwość rozróżnienia, które rozbłyski i inne zdarzenia związane z aktywnością słoneczną są w miarę łagodne, a które stanowią dla nas poważne zagrożenie.

Uzyskiwane przez naukowców obrazy mikrofalowe Słońca będą udostępniane całej społeczności naukowej, pozwalając na tworzenie ostrzeżeń oraz pierwszych w historii codziennych magnetogramów koronalnych - map natężenia pola magnetycznego ponad powierzchnią Słońca.


Czytaj więcej:


Źródło: NJIT

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska

Na zdjęciu: Aktywność słoneczna podczas całkowitego zaćmienia z 2013 roku. Źródło: APOD/D. Seaton (ROB), A. Davis & J. M. Pasachoff (Williams College Eclipse Expedition), NRL, ESA, NASA, NatGeo