Новый взгляд на солнечные пятна

Космические аппараты позволяет ученым изучать Солнце очень близко — один из космических аппаратов НАСА даже летит через внешнюю атмосферу Солнца. Но иногда шаг назад может дать новое понимание.

В новом исследовании ученые смотрели на солнечные пятна — затемненные пятна на Солнце, вызванные его магнитным полем — с низким разрешением, как если бы они находились на расстоянии триллионов километров. В результате получился смоделированный вид далеких звезд, который может помочь нам понять звездную активность и условия жизни на планетах, вращающихся вокруг других звезд.

«Мы хотели знать, как будет выглядеть область солнечных пятен, если мы не сможем разглядеть ее на изображении», — сказал Шин Торими, ведущий автор нового исследования и ученый из Института космоса и астронавтики JAXA. «Итак, мы использовали солнечные данные, как если бы они были получены от далекой звезды, чтобы лучше связать физику Солнца и физику звезд».

Солнечные пятна часто являются предвестниками солнечных вспышек — интенсивных выбросов энергии с поверхности Солнца, поэтому мониторинг солнечных пятен важен для понимания того, почему и как происходят вспышки.

Кроме того, понимание частоты вспышек на других звездах — один из ключей к пониманию их шансов на существование жизни. Наличие нескольких вспышек может помочь построить сложные молекулы, такие как РНК и ДНК, из более простых строительных блоков. Но слишком много сильных вспышек могут разрушить целую атмосферу, сделав планету непригодной для жизни.

Чтобы увидеть, как солнечное пятно и его влияние на солнечную атмосферу будет выглядеть на далекой звезде, ученые начали с данных высокого разрешения о Солнце, полученных из обсерватории солнечной динамики НАСА и миссии JAXA / NASA Hinode. Сложив весь свет в каждом изображении, ученые преобразовали изображения с высоким разрешением в отдельные точки данных.

Объединив последующие точки данных вместе, ученые создали графики того, как свет менялся, когда пятно проходило по вращающейся поверхности Солнца. Эти графики, которые ученые называют кривыми блеска, показали, как выглядело бы проходящее на Солнце пятно на расстоянии многих световых лет от нас.

«Солнце — наша ближайшая звезда. Используя спутники для наблюдения за Солнцем, мы можем различать сигнатуры на поверхности шириной 100 миль», — сказал Владимир Айрапетян, соавтор нового исследования и астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте.

«На других звездах вы можете получить только один пиксель, показывающий всю поверхность, поэтому мы хотели создать шаблон для декодирования активности на других звездах».

Новое исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, рассматривало простые случаи, когда на всем Солнце видна только одна группа солнечных пятен. Несмотря на то, что миссии NASA и JAXA непрерывно собирали данные наблюдений за Солнцем в течение более десяти лет, такие случаи довольно редки.

Обычно солнечных пятен бывает несколько — например, во время солнечного максимума, к которому мы сейчас движемся, — или их вообще нет. За все годы сбора данных ученые нашли лишь несколько экземпляров одной изолированной группы солнечных пятен.

Изучая эти события, ученые обнаружили, что кривые блеска различаются, когда они измеряли разные длины волн. В видимом свете, когда в центре Солнца появляется единственное пятно, Солнце становится более тусклым. Однако, когда группа солнечных пятен находится у края Солнца, оно на самом деле ярче из-за факелов — ярких магнитных элементов вокруг солнечных пятен — потому что вблизи края горячие стенки их почти вертикальных магнитных полей становятся все более заметными.

Ученые также изучили кривые блеска в рентгеновском и ультрафиолетовом свете, которые показывают атмосферу над солнечными пятнами. Поскольку атмосфера над солнечными пятнами нагревается, ученые обнаружили там яркость на некоторых длинах волн.

Однако ученые неожиданно обнаружили, что нагревание также может вызвать затемнение света, исходящего от более низкой температуры атмосферы. Эти результаты могут стать инструментом для диагностики пятен на звездах.

«Пока что мы разработали сценарии наилучшего случая, когда видно только одно пятно», — сказал Торими. «Затем мы планируем провести численное моделирование, чтобы понять, что произойдет, если у нас будет несколько солнечных пятен».

Изучая, в частности, звездную активность молодых звезд, ученые могут составить представление о том, каким могло быть наше молодое Солнце. Это поможет ученым понять, как молодое Солнце — которое в целом было более тусклым, но активным — влияло на Венеру, Землю и Марс в их первые дни.

Это также может помочь объяснить, почему жизнь на Земле зародилась четыре миллиарда лет назад, что, по мнению некоторых ученых, связано с интенсивной солнечной активностью.

Изучение молодых звезд также может помочь ученым понять, что вызывает супервспышки — те, которые в 10–1000 раз сильнее, чем самые большие из наблюдаемых на Солнце за последние десятилетия. Молодые звезды обычно более активны, супервспышки случаются там почти ежедневно. В то время как на нашем более зрелом Солнце они могут происходить только раз в тысячу лет или около того.

Обнаружение молодых звезд, которые способствуют поддержанию обитаемых планет, помогает ученым, занимающимся астробиологией, изучением происхождения, эволюции и распределения жизни во Вселенной.

Несколько новых телескопов следующего поколения, которые смогут наблюдать за другими звездами в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах волн, могут использовать новые результаты для декодирования наблюдений далеких звезд. В свою очередь, это поможет идентифицировать те звезды с соответствующими уровнями звездной активности для жизни — и за этим могут последовать наблюдения других предстоящих миссий с высоким разрешением, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба.