Дуги плазми, що звисають над Сонцем, насправді можуть бути зморшками у величезній завісі плазми.

Однією з найразючіших особливостей Сонця є його корональні петлі (coronal loops) — розжарені структури гарячої плазми. Вони піднімаються на тисячі кілометрів над магнітно активними ділянками Сонця й утворюють структури, схожі на викривлені чи заплутані нитки.

Але зовнішність може бути оманливою. Тепер група геліофізиків говорить про те, що ці знакові структури насправді можуть бути зовсім не петлями. Це, можливо, ілюзія, яка для спостерігача виникає у складнішій структурі — магнітному аркуші або завісі, витягнутій і зім’ятій. Науковці назвали це корональною завісою (coronal veil). Вони вважають, що яскраві корональні петлі з’являються там, де завіса зморшкувата, і промінь зору спостерігача проходить через більшу її частину.

Це випливає з дослідження моделювання магнітного поля Сонця, результати якого оприлюднено 2 березня 2022 року в The Astrophysical Journal Astrophysical Journal.

«Я протягом всієї своєї кар’єри вивчаю корональні петлі», — сказала Анна Маланушенко (Anna Malanushenko), дослідниця Національного центру атмосферних досліджень у Боулдері (National Center for Atmospheric Research in Boulder), штат Колорадо, провідний автор дослідження. «Я ніколи не очікувала такого. Коли я побачила результати, мій розум спалахнув. Це абсолютно нова парадигма розуміння атмосфери Сонця».

Підняття завіси

Десятиліттями вчені припускали, що корональні петлі — вони мають такий вигляд — нитки гарячої плазми, яка світиться. Оскільки плазма складається з частинок з електричним зарядом, на їх рух впливає магнітне поле Сонця. Фізики кажуть, що плазма «вморожена» у магнітне поле: магнітна сила спрямовує плазму вздовж ліній магнітного поля, тих самих ліній, які відображають залізні стружки навколо стрижневого магніту. Тому неважко вважати, що ці яскраві петлі є тонкими нитками вмороженої плазми, що слідують за кривизною магнітного поля.

Однак є кілька проблем з гіпотезою про петлі, які ставлять її під сумнів. Одна з них полягає в тому, що лінії магнітного поля мають тенденцію розширюватися далі від свого джерела — незалежно від того, чи є це джерело магнітом або групою сонячних плям. Це означає, що якщо корональні петлі є нитками, які простежують лінії магнітного поля, вони також мають розширюватися над поверхнею Сонця. Але це не підтверджують спостереження. «Є консенсус, що вони розширюються з висотою, але не так сильно, як ми вважаємо, — сказала Маланушенко.

Інша проблема з гіпотезою петель пов’язана з тим, що атмосфера Сонця стає менш щільною далі від його видимої поверхні. Це означає: верхівки корональних петель також мають бути тоншими, а отже, не такими яскравими, як біля їх основи. Натомість вони зберігають відносно рівномірну яскравість зверху вниз.

Ці фізичні моделі демонструють різницю між традиційним описом корональних петель як ниток плазми (ліворуч) та новим запропонованим поясненням, що вони є зморшками в плазмовій завісі (праворуч). Фото з сайту https://astronomy.com.

Але ці невідповідності зникають у разі гіпотези завіси, де петлі — це не компактні нитки з плазми, а натомість є ефектом перспективи, викликаним зморшками на аркуші плазми. Ефект аналогічний тонкій вуалі: коли матеріал розміщено так, що ми бачимо його з ребра, або складений так, що ми дивимося крізь кілька шарів. У такому разі він поглинає більше світла і блокує наш погляд на те, що міститься за ним. Звісно, оскільки плазма в сонячній короні випромінює світло, а не поглинає його, такі зморшки здаються нам світлішими, а не темнішими.

Важко перевірити

Той факт, що ми у повсякденному житті не маємо великого досвіду роботи з тонкими шарами газів, що світяться, ймовірно, є однією з причин, чому гіпотезу зморшкуватої вуалі раніше не розглядали серйозно, каже Маланушенко.

Але є деякі астрофізичні прецеденти на нічному небі — найвідоміша, туманність Вуаль (Veil Nebula). Це хмара залишків від вибуху наднової в сузір’ї Лебедя 10 000—20 000 років тому, що досі розширюється у міжзоряному просторі. Об’єкт складається з ниток, схожих на мотузки, але поширене пояснення полягає в тому, що ударна хвиля нагрітого газу спричиняє утворення тонкого шару, який ми бачимо лише тоді, коли він зморшкуватий і згорнутий вздовж нашого променя зору.

Цю світлину туманності Вуаль отримано за допомогою Космічного телескопа імені Габбла. Туманність лежить на відстані приблизно 2100 світлових роках від Землі в напрямку сузір’я  Лебедя. Фото з сайту https://astronomy.com.

Що стосується Сонця, наукова група якісно підтверджує гіпотезу завіси прикладами з моделі сонячного магнітного поля під назвою MURaM, розробленої дослідниками з Інституту досліджень Сонячної системи Макса Планка в Ґеттінґені (Німеччина) та Чиказького університету. Ю модель широко застосовують в геліофізиці.

«Я була дуже схвильована тим, що під час моделювання я могла взяти “скальпель” і “розрізати” модель на різні ділянки, виділити окремі петлі та вивчити їх», — каже Маланушенко. «І те, що я побачила, не було тим, на що я очікувала».

Об’єкти, які мали вигляд корональних петель під одним кутом, якщо розглядати їх у поперечному розрізі, були не пучками ниток, а закрученими елементами, схожими на аркуш.

У цій симуляції (комп’ютерній моделі) магнітного поля Сонця MURaM елементи, які мають вигляд корональних петель (ліворуч), утворені з закручених аркушів плазми (праворуч). Фото з сайту https://astronomy.com.

Наукова група охоче визнає, що для перевірки їхньої гіпотези потрібно зробити набагато більше — і в цьому є багато проблем із спостереженням, каже Маланушенко. Науковці вважають, що структури такі складні, що навіть спостерігаючи з кількох різних точок було б дуже важко, якщо взагалі можливо, визначити кожну окрему петлю і встановити геометрію завіси, якщо вона існує.

Виконання прямих вимірювань корональної завіси за допомогою космічних апаратів нині також виходить за межі можливостей. Сонячний зонд NASA Parker Solar Probe, запущений у 2018 році, стане космічним апаратом, що найближче підійде до Сонця, наблизившись на 6,4 мільйона кілометрів до його видимої поверхні. Але для прямих спостережень корональних петель або вимірювань на місці зонд мав би підійти до Сонця приблизно в 1000 разів ближче.

Наразі наукова група планує продовжити дослідження, виконуючи докладніше моделювання та порівнюючи результати зі спостереженнями. Однією зі стратегій розрізнення гіпотез петлі та завіси є розгляд контрасту яскравості видимих ​​петель, а також простору між ними. Петлі мають чітко виділятися на їхньому тлі, а завіса призведе до більш дифузного виділення між яскравими зморшками.

Цілком можливо, що вдосконалення моделювання дасть змогу покращити стратегію спостереження, каже Маланушенко. «З огляду на якість цього моделювання, так, нам слід бути обережними. Треба шукати підтвердження в спостереженнях».

За інф. з сайту https://astronomy.com