Знаете ли вы, что на Солнце идет дождь? Конечно, не водяной. Это солнечный дождь, который выпадает в солнечной короне, самом внешнем слое звезды, состоящем из очень горячей плазмы. Это явление связано с более холодными и тяжелыми сгустками плазмы, которые конденсируются высоко над поверхностью Солнца, а затем опускаются обратно вниз.
Но почему это происходит?
В течение многих лет исследователи не могли понять, как этот дождь образуется так быстро во время солнечных вспышек. Теперь исследователи из Гавайского университета наконец-то выяснили это.
Что же происходит?
Излучение помогает охлаждать плазму в солнечной короне. Но соотношение элементов в разных частях короны не является постоянным. Оно меняется со временем и в разных регионах. Большинство моделей не учитывают этого и предполагают, что содержание элементов везде остается постоянным.
Из-за этого эти модели с трудом объясняют быстро меняющиеся явления, такие как солнечный дождь, который появляется во время вспышек и в активных зонах. Поскольку количество энергии, теряемой в результате излучения, зависит от присутствующих элементов, чрезмерное упрощение их поведения означает упущение ключевой физики, лежащей в основе того, как на самом деле работает солнечная атмосфера.
Люк Бенавиц, аспирант первого курса, работающий над проектом, сказал: «В настоящее время модели предполагают, что распределение различных элементов в короне постоянно в пространстве и времени, что явно не соответствует действительности».
Команда обнаружила, что сдвиги в соотношении элементов, называемые элементарным изобилием, могут объяснить, как солнечный дождь образуется так быстро.
Чтобы лучше смоделировать, как излучение охлаждает солнечную плазму, они обновили инструмент моделирования под названием HYDRAD. Вместо того чтобы предполагать, что состав элементов остается постоянным везде и постоянно, они позволяют ему изменяться в пространстве и во времени, особенно для элементов с низким потенциалом первой ионизации (low-FIP), которые играют ключевую роль в солнечной активности.
Они даже добавили новое уравнение, чтобы отслеживать, как перемещаются и изменяются эти элементы с low-FIP. Когда они сравнили эту обновленную модель со старой, результаты показали гораздо лучшее соответствие с реальными явлениями солнечного дождя.
Понимание этих особенностей помогает исследователям моделировать динамику солнечной атмосферы с высокой точностью. Исследователи продемонстрировали, что при отслеживании перемещения элементов с low-FIP в атмосфере Солнца становится легко понять, что такое солнечный дождь.
Вот что происходит: горячая плазма поднимается из нижних слоев Солнца, этот процесс называется хромосферным испарением, и течет вдоль магнитных петель в короне. На большей части солнечной системы содержание этих элементов падает, за исключением самых верхних слоев, где их уровень повышается. Это увеличение приводит к потере излучения непосредственно на вершине, быстро охлаждая плазму и заставляя ее конденсироваться. Так образуется солнечный дождь в виде петель, которые внезапно нагреваются, как во время вспышек.
В настоящее время ни одна другая солнечная модель не учитывает излучение, позволяя при этом изменять уровни элементов в пространстве и времени. Однако эти изменяющиеся пространственно-временные соотношения имеют решающее значение для понимания того, как плазма охлаждается в атмосфере Солнца и почему образуются солнечные дожди.