Gigantyczny rozbłysk słoneczny na naszym Słońcu był zasilany lawiną mniejszych zaburzeń magnetycznych, zapewniając najdokładniejszy jak dotąd wgląd w to, w jaki sposób energia naszej gwiazdy jest uwalniana w strumieniu wysokoenergetycznego światła ultrafioletowego i promieni rentgenowskich. Odkrycia dokonała Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) Orbiter Słoneczny misję, która polega na obrazowaniu słoneczny z odległości mniejszej niż jakikolwiek wcześniejszy statek kosmiczny.
Niektóre rozbłyski słoneczne mogą powodować koronalne wyrzuty masy (CME) – ogromne pióropusze plazmy wyrzucone z korony słonecznej w przestrzeń kosmiczną. Jeśli ich trajektoria oddalona od Słońca przecina się z Ziemialokalizacji, mogą wywołać burze geomagnetyczne, które mogą uszkodzić satelity i sieci energetyczne, zakłócając jednocześnie komunikację, i olśnić nas kolorowymi światła zorzy.
Im więcej dowiadujemy się o tym, jak wyzwalane są rozbłyski słoneczne, tym lepiej możemy być przygotowani do przewidzenia, kiedy nastąpi szkodliwy rozbłysk i CME. Nowe obserwacje wykonane przez Solar Orbiter to ważny krok w kierunku osiągnięcia tego celu.
„To jeden z najbardziej ekscytujących wyników uzyskanych przez Solar Orbiter jak dotąd” – powiedział Miho Janvier, współpracownik ESA w ramach projektu Solar Orbiter, powiedział w swoim raporcie oświadczenie. „Obserwacje wykonane przez Solar Orbiter ujawniają centralny silnik rozbłysku i podkreślają kluczową rolę lawinowego mechanizmu uwalniania energii magnetycznej w działaniu.”
Dotarcie do dna rozbłysków słonecznych
30 września 2024 r. sonda Solar Orbiter zbliżyła się na odległość 43,3 miliona kilometrów od Słońca i była świadkiem erupcji gazu średniej klasy rozbłysk słoneczny. Dzięki czterem instrumentom Solar Orbiter współpracującym przy obserwacji rozbłysku, naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali, jak mniejsze niestabilności magnetyczne mogą narodzić się w duży rozbłysk, niczym lawina na zaśnieżonym zboczu góry, powstająca w wyniku stosunkowo niewielkiego zakłócenia.
„Mieliśmy naprawdę szczęście, że mogliśmy być świadkami wydarzeń poprzedzających ten duży rozbłysk z tak pięknymi szczegółami” – powiedział główny autor badań Pradeep Chitta z Instytutu Badań Układu Słonecznego Maxa Plancka w Niemczech. „Naprawdę byliśmy we właściwym miejscu o właściwym czasie, aby uchwycić drobne szczegóły tego rozbłysku”.
Rozbłyski słoneczne są efektem ponownego połączenia magnetycznego. Dzieje się tak, gdy linie pola magnetycznego na Słońcu, splecione z wysokoenergetyczną plazmą, stają się napięte i pękają, uwalniając ogromne ilości energii, zanim linie pola ponownie się połączą. Dokładne pochodzenie rozbłysków słonecznych pozostaje jednak tajemnicą. Czy są to pojedyncza potężna erupcja, czy też nagromadzenie mniejszych wydarzeń związanych z ponownym połączeniem? Przynajmniej w przypadku rozbłysku z 30 września Solar Orbiter znalazł odpowiedź.
Począwszy od kamery Extreme Ultraviolet Imager (EUI), Solar Orbiter był świadkiem powstawania rozbłysku w ciągu 40 minut. EUI wykrył zmiany w środowisku magnetycznym korony słonecznej w pobliżu punktu erupcji rozbłysku, rejestrując szczegóły tak małe jak kilkaset kilometrów w skali czasu mniejszej niż dwie sekundy, czyli czasu objętego każdą klatką obrazu.
Sonda kosmiczna dostrzegła łukowate włókno utworzone ze splecionych pól magnetycznych przenoszących plazmę i połączone z obszarem aktywności magnetycznej w kształcie krzyża, przeplatanym większą liczbą linii pola magnetycznego. Obserwował, jak region stawał się coraz bardziej niestabilny, linie pola pękały i ponownie się łączyły, uwalniając wybuchy energii, które pojawiały się jako jasne punkty światła.
Te wybuchy były początkiem lawiny. Wywołały reakcję łańcuchową coraz silniejszych wydarzeń ponownego połączenia. W pewnym momencie wygięte w łuk włókno oderwało się od jednego ze swoich punktów zakotwiczenia na Słońcu i wystrzeliło w przestrzeń kosmiczną, wydmuchane przez dzikość wiatr słoneczny. Kaskada mniejszych wydarzeń związanych z ponownym połączeniem szybko nabrała pary, zanim osiągnęła kulminację w postaci rozbłysku średniej klasy.
„Te minuty przed rozbłyskiem są niezwykle ważne, a Solar Orbiter umożliwił nam wgląd w podnóże rozbłysku, gdzie rozpoczął się proces lawinowy” – powiedziała Chitta. „Byliśmy zaskoczeni, jak duży rozbłysk jest napędzany serią mniejszych zdarzeń ponownego połączenia, które szybko rozprzestrzeniają się w przestrzeni i czasie”.
Trzy inne instrumenty na pokładzie Solar Orbiter – SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment), STIX (spektrometr/teleskop rentgenowski) i PHI (polarymetryczna i heliosejsmiczna kamera) – również zaobserwowały rozbłysk, mierząc zdarzenia na różnych głębokościach atmosfera słońcaod zewnętrznej atmosfery, korony, aż do widocznej powierzchni Słońca, zwanej fotosferą. Uchwycili fale gigantycznych plam plazmy, które pozyskiwały energię z pól magnetycznych padających z korony na fotosferę.
„Zaobserwowaliśmy obiekty przypominające wstęgę poruszające się niezwykle szybko w dół atmosfery słonecznej, jeszcze przed głównym epizodem rozbłysku” – powiedziała Chitta. „Te strumienie padających kropel plazmy są oznakami osadzania się energii, która staje się coraz silniejsza w miarę postępu rozbłysku. Nawet po opadnięciu rozbłysku deszcz nie przestaje padać przez jakiś czas”.
Gdy rozbłysk osiągnął szczytową energię, podczas której poziom promieniowania rentgenowskiego gwałtownie wzrósł, a naładowane cząstki zostały przyspieszone do 40–50 procent energii prędkość światłaobszar magnetyczny w kształcie krzyża zaczął się rozluźniać. Plazma ostygła, a emisja cząstek spadła do normalnego poziomu. Chitta opisał, jak zupełnie nieoczekiwane było to, że proces lawinowy może napędzać tak wysokoenergetyczne cząstki.
Model lawinowy obejmujący słabsze zakłócenia przechodzące w coś poważniejszego był już wcześniej proponowany w celu wyjaśnienia zbiorowego zachowania setek tysięcy rozbłysków na całym Słońcu, ale aż do teraz tak naprawdę nie rozważano, że można go zastosować do pojedynczego rozbłysku.
Z tej sytuacji wynikają dwa ważne pytania. Po pierwsze, czy wszystkie rozbłyski na Słońcu powstają w postaci lawiny? „To, co zaobserwowaliśmy, podważa istniejące teorie dotyczące uwalniania energii rozbłysków” – powiedział David Pontin z Uniwersytetu w Newcastle w Australii, który był częścią zespołu analizującego dane z Solar Orbiter.
Aby rzucić światło na tę kwestię, konieczne będą dalsze obserwacje rozbłysków słonecznych.
Po drugie, nasze Słońce nie jest jedyną gwiazdą, która ma rozbłyski. Wybuchają ze wszystkich gwiazd i niektórych ciał gwiazdowych, takich jak czerwone karłymają znacznie silniejsze i częstsze rozbłyski niż Słońce.
„Interesującą perspektywą jest to, czy mechanizm ten zachodzi we wszystkich rozbłyskach i innych rozbłyskujących gwiazdach” – powiedział Janvier.
Wyniki obserwacji rozbłysku z 30 września 2024 r. wykonanego przez Solar Orbiter opublikowano 21 stycznia w czasopiśmie Astronomia i astrofizyka.
