T4

Уявіть собі повітряну кулю – з тих, що запускають на дитячих святах. Тепер підвісьте під нею метровий сонячний телескоп, пару спектрополяриметрів і відправте всю цю конструкцію на висоту 35 кілометрів. Саме так працювала місія SUNRІSЕ ІІІ, і результати виявилися досить несподіваними: у “спокійній” частині Сонця – тій, що зазвичай не привертає уваги – знайшлися заплутані магнітні структури, яких там ніхто не чекав. Три наукові статті за підсумками місії опублікували в Аstrорhysісаl Jоurnаl Lеttеrs, і вони варті уваги навіть тих, хто далекий від астрофізики. Повідомляє Т4 з посиланням на unіvеrsеtоdаy.соm.
Навіщо взагалі піднімати телескоп на кулі
Фото: unіvеrsеtоdаy.соm
Тут є нюанс, який часто пропускають. Земна атмосфера – це не просто прозорий шар, крізь який зручно дивитися на зорі. Вона турбулентна, і ця турбулентність розмиває найдрібніші деталі – зокрема найменші магнітні структури на поверхні Сонця. Щоб побачити їх чітко, інструмент треба підняти над більшістю атмосфери. Ракета це зробила б, але з купою механічних обмежень: дорого, складно, і працює така місія недовго.
Куля вирішує проблему елегантніше. Гелієва оболонка несе гондолу на висоті близько 35 км – це вище за більшість атмосферних шарів, які заважають спостереженням. У складі SUNRІSЕ ІІІ був метровий сонячний телескоп і прилад із довгою назвою – Sunrіsе Сhrоmоsрhеrіс Іnfrаrеd sресtrоРоlаrіmеtеr, або скорочено SСІР. Він вимірював повну поляриметрію Стокса нашої зорі. Якщо без термінів: це дає змогу відтворити напрямок і силу магнітного поля в кількох шарах сонячної атмосфери одночасно.
І ось що цікаво – значна частина цих шарів належала до так званого “спокійного Сонця”. Це ділянки поверхні, які отримують значно менше уваги, ніж енергійні й мінливі сонячні плями, хоча плями займають лише крихітну частку диска. Довго вважалося, що хромосфера над такими ділянками – це щось на кшталт “парасольки” з вертикальних магнітних трубок. Дані SСІР показали, що ця парасолька насправді зовсім не така впорядкована.
Магнітні нитки шириною 725 км і дивні “вторгнення”
Замість простої структури вчені побачили безліч несподіваних магнітних ниток. Вони доволі вузькі – близько 725 км упоперек, що для Сонця справді мало. Їхня магнітна сила коливається в межах 10-20 гаусів, причому змінюється за схемою, схожою на структури, які зазвичай зустрічаються навколо півтіней сонячних плям. А найцікавіше – час від часу ці нитки повністю змінювали полярність відносно решти парасольки навколо них. Це явище назвали орроsіtе-роlаrіty іntrusіоn, тобто вторгнення протилежної полярності.
Що це означає на практиці? Дослідники припускають, що парасолька хромосфери – не просто структура, що розширюється з певних ділянок, а складна тривимірна конфігурація з безліччю локальних підструктур. І саме таке середовище може бути ідеальним місцем для дрібномасштабних магнітних перез’єднань, які вивільняють енергію й нагрівають навколишню плазму. Якщо по-простому: навіть спокійне на вигляд Сонце постійно “варить” себе зсередини через дрібні магнітні процеси, і тепер є дані, які це підтверджують.
Друга стаття взялася з’ясувати, звідки ці вторгнення беруться. Замість самих лише даних SUNRІSЕ ІІІ дослідники підключили 3D-моделювання – алгоритм радіаційної магнітогідродинаміки під назвою МURаМ-СhЕ. Коли дані місії подали на вхід симуляції, структури вторгнень відтворилися надзвичайно точно. І стало очевидно, чим вони є насправді – закрученими магнітними канатами.
Магнітні канати там, де їх не чекали
Про закручені магнітні канати зазвичай згадують у контексті сонячних спалахів. Вони мають довжину приблизно від 2000 до 7000 км, і саме їхнє перез’єднання запускає викид величезної кількості енергії. Тепер виявилося, що такі канати протягують свій шлях навіть у відносно спокійні ділянки поверхні Сонця – хоча розриваються й роз’єднуються там, схоже, не так часто.
Третя стаття присвячена ще одному давньому болю сонячної фізики – плазмовим струменям, що вилітають із полюсів Сонця. Їх давно підозрюють у тому, що вони підживлюють енергією сонячну корону, але точну силу їхнього магнітного поля виміряти ніяк не вдавалося. Спостереження через SСІР дали змогу зробити досить точну оцінку: у нижній частині парасольки сила поля становить 10-20 гаусів. Це насправді менше, ніж передбачали попередні оцінки. Але вище, над видимим краєм Сонця, значення різко підскакує приблизно до 40 гаусів.
Тут є пастка, про яку варто знати. Цей стрибок може бути не фізичним явищем, а особливістю інструмента. У нижніх шарах “спікули” – тонкі плазмові язики – стоять настільки щільно, що телескопи буквально не бачать крізь них і можуть порахувати значення лише для найзовнішніших. Вище парасолька розріджується, і прилади вимірюють уже безпосередньо. Тобто цифра “40” може описувати не те, що відбувається з полем, а те, що нам нарешті вдалося до нього дістатися.
Що це змінює для нас
Практичний висновок тут такий: чим точніше ми розуміємо магнітну структуру Сонця, тим краще прогнозуємо сонячну активність. А це вже не абстракція – від неї залежить робота супутників, зв’язку й енергосистем. Спалахи й корональні викиди маси здатні виводити з ладу електроніку на орбіті та спричиняти збої в радіозв’язку. Те, що “спокійне” Сонце виявилося значно складнішим за уявлення, означає, що старі моделі прогнозування просто не враховували частину фізики.
І ще один неочевидний момент: куля виявилася не компромісом для бідних, а цілком самостійним науковим інструментом. Вона дає знімки, близькі за якістю до космічних, але за значно менші гроші й без жорстких обмежень ракетного запуску. Для тих ділянок науки, де треба “трохи вище атмосфери”, це рішення, яке варто тримати в голові.
Попереду місія SОLАR-С, яка має додати деталей про те, як усі ці поля й канати складаються в сонячну корону. А поки що виходить, що навіть у найспокійнішому куточку нашої зорі – суцільна закручена магнітна драма. Цікаво, скільки ще сюрпризів ховає поверхня, яку ми бачимо щодня просто над головою?
Часті питання
Чому не можна просто спостерігати Сонце з наземної обсерваторії?
Атмосфера Землі турбулентна, і це розмиває найдрібніші деталі, зокрема найменші магнітні структури. Підйом на 35 км над більшістю атмосфери різко підвищує чіткість зображення.
Що таке гаус і скільки це в побутових одиницях?
Гаус – одиниця вимірювання магнітної індукції. Магнітне поле Землі на поверхні – приблизно 0,5 гауса. Тобто поля, про які йдеться в дослідженні, у десятки разів сильніші за земне.
Хто запустив місію SUNRІSЕ ІІІ?
Йдеться про міжнародну стратосферну обсерваторію; у публікації результатів зазначено Національну астрономічну обсерваторію Японії (NАОJ), а самі статті вийшли в Аstrорhysісаl Jоurnаl Lеttеrs.
Чому “спокійне Сонце” важливіше, ніж здається?
Тому що воно займає більшу частину сонячної поверхні. Якщо магнітні перез’єднання там відбуваються постійно, це впливає на нагрів корони й на загальну картину сонячної активності.
Чи можете ви самі побачити ці структури?
Ні – для цього потрібні спектрополяриметричні вимірювання й підйом над атмосферою. Але наступного разу, коли глянете на Сонце (тільки не голим оком, а через захисний фільтр), згадайте: там, де здається спокійна рівна поверхня, насправді клубок закручених магнітних ниток, які живуть своїм життям.