Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

Сонце є спокійною зіркою, якщо дивитися на її загальною емісію (випромінювання, світіння), в якій в значній мірі домінує видиме світло від її фотосфери. Але вона показує активність помітних викидів з корони, зокрема, Х-променів, EUV, і радіохвилі. Корона є як би розведеним газом навколо Сонця, який ми бачимо під час сонячного затемнення. Її структура, як і її діяльність, регулюються магнітним полем.

Сонячна корона: динамічне середовище структури магнітного поля

Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

Магнітні поля і структура корони

Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

Ця ситуація схожа на добре відомий експеримент, за допомогою якого ми вчимо в школі, як розташовані лінії магнітного поля, два полюси магніту: взяти магніт, покласти на аркуш паперу, поруч покласти інший магніт і подивитися розташування невеликої кількості залізного порошку на папері. Крихітні шматочки заліза буде розташовані уздовж силових ліній, а також видно траєкторію ліній поля.

Як це пов'язано з сонячною короною?

Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

Давайте подивимося тепер новим поглядом, за допомогою емісії, що виходить від гарячих корональних газів. На зображенні праворуч показаний фрагмент корони в крайньому ультрафіолетовому (EUV), температура викидається газоподібного заліза становить близько 1 мільйона градусів (фото: Перехід Регіону і корональних Дослідницький супутник, TRACE; NASA). У фотосфері, яка випускає майже весь видимий і інфрачервоне світло Сонця, тут темно, тому що температура становить близько 6000 градусів, вона не досить гаряча для EUV випромінювання. Гарячий корональної газ обмежується петлею. Це пояснюється тим, що вилітають іони заліза виявилися в пастці в магнітному полі: як шматочки залізного порошку, які змушені в магнітному полі розташовуватися уздовж силових ліній, заряджені частинки можуть вільно переміщатися уздовж силових ліній, а не в перпендикулярному напрямку. Тому ми "бачимо" лінії поля в короні, де вони обмежуються речовиною - ми хотіли "бачити" магнітні лінії поля магніту за допомогою залізного порошку. Магнітні лінії поля, що створюють корону народжуються в самому Сонці.

динаміка Сонця

Існує велика різниця між магнітом і Сонцем: магніт, по суті, є статичним об'єктом, також як його силові лінії. Але турбулентний газ всередині Сонця, а також потоки цього газу постійно змінюють внутрішні магнітні поля і їх поширення в короні. Таким чином, на відміну від відомого магніту, магнітне поле Сонця не є статичним.

Як наслідок, широкомасштабні корональні структури, які ми бачимо під час затемнення, або з корабля на EUV хвилях нестабільні! Зображення (вид) затемнення це просто знімок динамічної ситуації. У короні створюються структури з видовищними викидами корональної маси, і вона нагрівається до вибуху газу і прискорення заряджених частинок високих енергій у спалахах.

Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

Обурена сонячна корона: викиди корональної маси і спалаху

Найбільш вражаючим проявом вулканічної сонячної активності є викиди корональної маси (CME). Серія знімків вище, була отримана коронограф LASCO на борту Сонячної і Геліосферний обсерваторії космічних апаратів (КА) (SoHO; ESA / NASA). У коронографа яскраво видимий диск Сонця затемнений, що робить тьмяну корону видимої (схожою), як в ході природного сонячного затемнення.

Перший знімок корони показує подія до масового викиду електронів. У структуру, яка формується над затьмарює диском на нижньому правому (знімку) включають так званий стример - це функція, яка відома і пов'язана з фотографуванням затемнень. На наступних знімках можна побачити газ, як відбувається цей рух у високій короні з обмеженням магнітного поля. Воно, в кінцевому підсумку, залишає Сонце і поширюється через геліосфери. Тут знову газ робить структуру магнітного поля видимої. Це, насправді, переважно не газ, який буде викинутий, а корональна структура магнітного поля. Магнітне поле приймає газ з нього. Це відрізняється від виверження вулкана на Землі, де вибух викидається (вивергається), а потім падає вниз під дією сили тяжіння.

Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

події сонячних

енергетичних частинок

Білі точки на крайній правій фотографії EIT - сліди часток високих енергій. протонів і іонів з енергіями від десятків до сотень МеВ, які впливають на прилади - чітке свідчення того, що частинки прискорюються до високих енергій протягом цього сонячного події і йдуть в міжпланетний простір. Ця фотографія ілюструє вплив сонячних енергійних часток на космічні технології.

Протони ще більш високих енергій були зареєстровані нейтронними моніторами на Землі. На малюнку показані профілі часу спостереження на декількох нейтронних моніторах, отриманих з даних NMDB. Прискорення цих частинок, очевидно, пов'язано з часу з сонячним спалахом і викидом корональної маси, яка сталася на Сонці. Такі події, як це, де Сонце прискорює заряджені частинки з такою енергією, що вони можуть бути виявлені нейтронним монітором або іншими детекторами частинок на Землі, називаються Ground Level Enhancements (GLE). Саме ці частинки високих енергій, які ми також називаємо сонячні космічні промені.

Якщо ви хочете подивитися на інші GLEs, перейдіть на NMDB інструмент дослідження подій. Виберіть номер GLE і реєструє станцію, спостереження якої ви хочете побудувати, і натисніть кнопку "Відправити".

Як відбуваються викиди корональної маси і виникають спалахи?

Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

На двох знімках, ліворуч показані на початковому етапі виверження: (1) Темна нитка, яка була припинена над яскраво активною областю (верхня панель), відривається і викидається. (2) Як волокно піднімається через корону, частина його, як і раніше, розглядається на знімку на нижній панелі. Волокно стане частиною викидів корональної маси.

Основний регіон освітлити, як видно, на першому знімку праворуч (3). Згодом з'являється все більше число фігур петлеобразной форми і зникають з поля зору через кілька годин. Знімок (4) внизу показує це.

Магнітна переполюсація: ключовий процес в сонячних вулканічних події

Процеси, які відбувалися в ході цієї події, можуть бути представлені в простому сценарії мультфільму (малюнка), зображеному на наступному малюнку. Це двовимірний розріз волокна, яке підтримується щільним газом проти сили тяжіння в магнітному полі корони.

Сонячні космічні промені, спалахи, і викиди корональної маси

(A) Електричний струм в цьому потоці газу, і створює магнітне поле навколо волокна, як показано на зеленій лінії кругової області, на малюнку. У той же час, волокно оточене магнітними силовими лініями нижче сонячної фотосфери - вони виникають з надр Сонця.

(B) Якщо під впливом турбулентного руху газу в і нижче фотосфери, волокно магнітного поля разом з обмежуючим речовиною, піднімається на велику висоту регіону, де воно було спочатку, має менше матерії, ніж раніше, отже, більш низький тиск, ніж в його околицях : найближчим речовина буде надходити в цей регіон, і охоплювати магнітному полі з ним. Протилежно орієнтовані магнітні силові лінії наближаються одна до одної в регіоні, зазначеному на жовтому прямокутнику. Ця область називається струмовий шар. тому що різкі зміни магнітного поля припускають інтенсивні електричні струми.

(C) Силові лінії магнітного поля можна відновити в струмовому шарі: одну червону лінію поля в (б), потім утворює дві нові силові лінії - одна зімкнулася навколо зростання волокна, інша частина нову петлю нижче волокна.

(D) Процес впливу магнітної переполюсовки послідовної лінії поля зі збільшенням відстані від волокна (нитки). Якщо підключити силові лінії, підставою в одному кінці Сонце, а з іншого кінця десь в Сонячній системі (не показані на малюнку), волокно (нитка) може відключитися від магнітного поля підставою в надрах Сонця. Потім воно буде викинутий у високій короні і міжпланетному просторі. Ця послідовність є тим, що ми бачили в трасуванні зображення вище: волокно піднімається і, врешті-решт, зникає, поки нові форми магнітних петель сповнені гарячого газу, і випромінюють протягом деякого часу, наприклад, в EUV.

прискорення частинок

Коли магнітні поля відновлюються, енергія перетворюється в нагрів газу і прискорення деяких частинок до високих швидкостей і енергій. Це створює різні радіаційні сигнатури (характерні ознаки) в різних місцях, як показано в (d). Частинки, прискорені під час процесу переполюсаціі (перез'єднання силових ліній магнітного поля), також можуть вилетіти в міжпланетний простір.

Частинки не тільки прискорюються в області переполюсаціі (перез'єднання) нижче волокна. Коли волокно викидається на високій швидкості, воно може генерувати ударну хвилю перед ним - як повітря перед літаком, який летить швидше, ніж звук створює ударну хвилю в повітрі, яким ми сприймаємо як раптовий шум. У сонячній короні, де газ складається з заряджених частинок, ударні хвилі включають в себе електричні поля, які можуть прискорювати частинки до високих енергій.

Ми не знаємо точно, як прискорюються космічні промені, які досягають Землі після деяких великих спалахів і викидів корональної маси. Те, що ми знаємо, що такі події частинок завжди супроводжуються великими спалахами і швидким, і широким викидом корональної маси. Інтенсивна дослідницька діяльність відіграє відповідну роль в переполюсаціі і ударних хвилях в прискоренні частинок в сонячній короні.

Дослідники використовують різні інструменти для з'ясування походження великих сонячних енергетичних подій частинок, а також мають місце спроби розробити моделі, прогнозувати їх виникнення та тимчасову еволюцію, пік інтенсивності і тимчасової еволюції. Нейтронні монітори є основними інструментами для дослідження на швидких сонячних енергетичних частинках. Див. Додаткову інформацію.

Схожі статті