Иллюзия на Солнце: корональные петли могут быть не тем, чем кажутся
Согласно новому исследованию, которая бросает вызов преобладающим предположениям о том, что мы знаем и чего не знаем о Солнце, многие корональные петли — нитевидные нити плазмы, которые, как долгое время считали ученые, существуют в атмосфере Солнца, — на самом деле могут быть оптическими иллюзиями.
Исследование, проведенное NCAR и опубликованное в The Astrophysical Journal, основывалось на передовом реалистичном трехмерном моделировании солнечной короны. Моделирование, проведенное в NCAR несколько лет назад, позволило ученым разделить корону на отдельные секции, чтобы выделить отдельные корональные петли.
Они обнаружили, что многие петли вовсе не были петлями.
В то время как исследовательская группа смогла точно определить некоторые корональные петли, которые они искали, они также обнаружили, что во многих случаях то, что кажется петлями на изображениях Солнца, на самом деле может быть складками яркой плазмы в солнечной атмосфере.
Когда «листы» яркой плазмы складываются сами по себе, эти складки выглядят как яркие тонкие линии, имитирующие внешний вид отдельных и автономных нитей плазмы.
Выводы, которые исследовательская группа называет гипотезой «корональной вуали», имеют важное значение для нашего понимания Солнца, поскольку предполагаемые корональные петли десятилетиями использовались как способ получения информации о плотности, температуре и других физических свойствах солнечной атмосферы.
Очевидные корональные петли на изображениях Солнца выглядят поразительно похожими, и, поскольку на Солнце имеется значительное магнитное поле, существование силовых линий магнитного поля, которые могут удерживать между собой жгуты плазмы и создавать петли, кажется очевидным объяснением. И действительно, новое исследование подтверждает, что такие петли, вероятно, существуют.
Однако корональные петли, наблюдаемые на Солнце, никогда не вели себя точно так, как должны, исходя из нашего понимания магнитов. Например, ученые ожидали бы, что силовые линии магнитного поля на Солнце будут расходиться, как в эксперименте с железными опилками, по мере того, как вы двигаетесь выше в короне.
Если бы это произошло, плазма, захваченная между силовыми линиями, также распространилась бы между границами, создавая более толстые и менее яркие петли. Но изображения Солнца не показывают этого явления. Вместо этого петли дальше по-прежнему кажутся тонкими и яркими.
Возможность того, что эти петли представляют собой морщины в корональной вуали, помогает объяснить это и другие несоответствия нашим представлениям о петлях, но также ставит новые вопросы. Например, от чего зависит форма и толщина складок? А сколько из кажущихся петель на изображениях Солнца на самом деле являются реальными нитями, а сколько — оптическими иллюзиями?
Инновационная модель предлагает новый взгляд на Солнце
Открытие того, что корональные петли могут быть иллюзиями, стало возможным благодаря чрезвычайно подробному моделированию солнечной короны, созданному MURaM, радиационной магнитогидродинамической моделью, которая была расширена для моделирования солнечной короны в рамках усилий, возглавляемых NCAR.
Моделирование было новаторским, когда оно было впервые создано, потому что оно могло одновременно моделировать то, что происходит в нескольких областях Солнца, от верхней части конвективной зоны — примерно на 10 000 километров ниже поверхности Солнца — через солнечную поверхность и дальше, до почти 40 000 километров в солнечной короне.
Эти различные регионы Солнца охватывают широкий спектр физических условий, включая различия в плотности и давлении, поэтому ученые ранее не придумали способ математически представить эти регионы в едином моделировании.
Среди других результатов новая симуляция смогла зафиксировать весь жизненный цикл солнечной вспышки за первые 10 лет.
Модель также создала трехмерные наборы данных, содержащие структуру магнитного поля и плазмы, которые можно использовать для создания «синтетических» наблюдений.
Поскольку солнечная корона оптически тонкая, а это означает, что через нее относительно легко видеть, структуры в короне накладываются друг на друга на изображениях Солнца. Это затрудняет определение того, находится ли «петля», перекрывающая другие петли, впереди или сзади.
Также трудно сказать, имеет ли сама петля компактное поперечное сечение, или она напоминает длинную ленту, если смотреть с края. Также возможно, что то, что кажется тонкой нитью, может быть оптическим артефактом, вызванным складкой в слое яркой плазмы.
Хотя MURaM-симуляция является одной из самых реалистичных из когда-либо созданных для солнечной короны, это все же всего лишь модель. Понимание того, сколько корональных петель на самом деле являются оптическими иллюзиями, потребует тщательно разработанных методов наблюдения, которые исследуют корону, и новых методов анализа данных.