Nowe badania sugerują, że cząsteczki w rozbłyskach słonecznych są aż 6,5 razy gorętsze, niż do tej pory przypuszczano. To odkrycie dostarcza nieoczekiwanego rozwiązania zagadki astrofizycznej, nad którą naukowcy głowią się już od pół wieku.
Czym są rozbłyski słoneczne?
Rozbłyski słoneczne to gwałtowne i potężne wybuchy energii zachodzące w zewnętrznej atmosferze Słońca – koronie słonecznej. Podczas takich wydarzeń plazma, czyli mieszanina swobodnych jonów (naładowanych dodatnio atomów) i elektronów (cząstek o ładunku ujemnym), osiąga temperaturę przekraczającą 10 milionów stopni Celsjusza.
Te dramatyczne procesy prowadzą do wzrostu promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego, które dociera do Ziemi. Wpływa to na górne warstwy atmosfery naszej planety, stanowi zagrożenie dla satelitów oraz astronautów i może zakłócać komunikację radiową.
Jony kontra elektrony
Dotychczas fizycy zakładali, że w rozbłyskach słonecznych jony i elektrony mają tę samą temperaturę. Nowe badania obalają to przekonanie. Wynika z nich, że jony – czyli dodatnio naładowane składniki plazmy – mogą osiągać nawet 60 milionów stopni, podczas gdy elektrony pozostają znacznie chłodniejsze.
Oznacza to, że rozbłyski słoneczne nie ogrzewają wszystkich cząstek jednakowo. Zespół badawczy wykazał, że jony podlegają intensywniejszemu podgrzewaniu niż elektrony – aż 6,5 razy mocniejszemu.
Rekoneksja magnetyczna: Animacja przedstawia przekrój poprzeczny przez cztery domeny magnetyczne ulegające rekoneksji. Linie pola (i związana z nimi plazma) płyną do wewnątrz z góry i z dołu, łączą się ponownie i rozchodzą się sprężyście wzdłuż warstwy prądowej. Źródło: Wikipedia
Kluczowy proces: rekoneksja magnetyczna
Źródłem tego zjawiska jest proces zwany rekoneksją magnetyczną. To sytuacja, w której linie pola magnetycznego w plazmie gwałtownie zmieniają swoje ułożenie, uwalniając przy tym ogromne ilości energii. Zjawisko to jest uważane za podstawowy mechanizm napędzający rozbłyski słoneczne.
Odkrycie, że rekoneksja nagrzewa jony znacznie silniej niż elektrony, wskazuje na istnienie uniwersalnego prawa fizycznego. Podobne efekty zaobserwowano już wcześniej w wietrze słonecznym (strumieniu cząstek wypływających ze Słońca w przestrzeń kosmiczną) oraz w symulacjach komputerowych. Po raz pierwszy jednak powiązano je wprost z rozbłyskami słonecznymi.
Supergorące jony – nowe spojrzenie na fizykę Słońca
Dzięki nowym obliczeniom, opartym na współczesnych danych, badacze pokazali, że różnice temperatur między jonami i elektronami mogą utrzymywać się nawet przez dziesiątki minut w kluczowych częściach rozbłysku. Otwiera to zupełnie nowe pole badań nad tzw. supergorącymi jonami, które do tej pory były jedynie teoretyczną możliwością.
To, co zbiorczo określamy mianem „rozbłysku słonecznego”, to zespół licznych zjawisk zachodzących we wszystkich warstwach atmosfery słonecznej: koronie, chromosferze, a nawet fotosferze. Rozbłysk słoneczny jest spowodowany nagłym uwolnieniem do atmosfery słonecznej ogromnych ilości energii, uprzednio zgromadzonej w skręconych polach magnetycznych obszarów aktywnych. Ze względu na swoją magnetyczną naturę, częściej występują one w pobliżu plam słonecznych, gdzie pole magnetyczne jest silniejsze. Czas trwania rozbłysków słonecznych waha się od kilku minut do kilku godzin, podczas których uwalniane są znaczne ilości promieniowania elektromagnetycznego (od promieniowania radiowego, widzialnego, po promieniowanie rentgenowskie, a nawet gamma) oraz wysokoenergetyczne protony, elektrony i jony (o prędkościach dochodzących do 70% prędkości światła!). Źródło: Uniwersytet Wrocławski
Zagadka szerokich linii widmowych
Odkrycie to może również rozwiązać inną tajemnicę astrofizyki. Od lat 70. XX wieku naukowcy zastanawiali się, dlaczego linie widmowe rozbłysków słonecznych są szersze, niż przewidywały modele.
Linie widmowe to charakterystyczne „podpisy” promieniowania emitowanego przez atomy i jony. Każdy pierwiastek ma własny zestaw linii, widocznych w określonych długościach fal – można je porównać do kodu kreskowego materii. W przypadku rozbłysków obserwowano, że linie w zakresie ultrafioletu i promieniowania rentgenowskiego były znacznie szersze niż oczekiwano.
Przez dekady przypisywano to turbulencjom, czyli chaotycznym ruchom plazmy. Jednak brak jednoznacznych dowodów na takie turbulencje rodził wątpliwości.
Zmiana paradygmatu
Teraz okazuje się, że to właśnie supergorące jony mogą odpowiadać za tę zagadkę. Ich niezwykle wysoka temperatura naturalnie prowadzi do poszerzenia linii widmowych – bez potrzeby odwoływania się do hipotetycznych turbulencji.
Po niemal 50 latach badań mamy więc nowe wyjaśnienie, które nie tylko zmienia sposób myślenia o fizyce Słońca, ale także rzuca światło na uniwersalne prawa rządzące plazmą w kosmosie.
Więcej informacji: publikacja pt. Solar Flare Ion Temperatures, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/adf74a
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Rozbłysk na krawędzi Słońca. Źródło: ESA
