Солнце

Наша ближайшая звезда — Солнце по прежнему таит от человечества множество загадок. Известно, что каждые 11 лет его активность резко возрастает, создавая вспышки и выбросы корональной массы — извержения плазмы, которые поливают Землю заряженными частицами. Но затем все проходит — так называемый солнечный максимум угасает до минимума, а поверхность Солнца становится невероятно «тихой». Почему так все происходит?

Ученые изучали эти приливы-отливы активности в течение столетий, но понимать его влияние на нашу планету начали на заре космической эры — в середине 20-го века. Теперь ясно, что при солнечном максимуме солнце, скорее всего, бомбардирует Землю заряженными частицами, которые наносят ущерб спутникам и силовым сетям.
Солнечный цикл также играет определенную роль на климат, поскольку изменения освещенности могут вызывать небольшие изменения средних температур поверхности моря и осадков. Понимание этого, разумеется, позволяет людям лучше разбираться физических драйверах циклов, что важно для устойчивого жизнеобеспечения на Земле.
Однако у ученых по-прежнему отсутствует модель, которая идеально предсказывает ключевые детали цикла, такие как точная продолжительность и сила каждой фазы.

Тим Линден, астроном из Университета штата Огайо, и его коллеги недавно обнаружили потенциальную связь между ритмами выбросов высоких энергий и колебаниями магнитного поля Солнца. Это, по мнению многих экспертов, может открыть новое окно во внутреннюю работу нашей ближайшей, самой знакомой звезды.

В своем предстоящем исследовании, Линден и его коллеги рассмотрели данные за десятилетие с помощью космического телескопа NASA Fermi Gamma-ray, чтобы лучше анализировать солнечную эмиссию гамма-лучей — самую энергичную форму электромагнитного излучения Вселенной излучение. К удивлению, исследователи обнаружили, что наиболее интенсивные гамма-лучи кажутся странно синхронизированными с самой тихой частью солнечного цикла. Во время последнего солнечного минимума, с 2008 по 2009 год, Ферми обнаружил восемь высокоэнергетических гамма-лучей (каждая с энергией более 100 гигаэлектронных вольт или ГэВ), излучаемых солнцем.
Но в течение следующих восьми лет,после того, как солнечная активность, дошедшая до пика, а затем отступавшая назад к покою, Солнце вообще не излучало гамма-излучения высокой энергии. Шансы на то, что все происходит случайным образом, говорит Линден, крайне низки. Скорее всего, гамма-лучи вызваны каким-то аспектом цикла активности солнца, но детали остаются неясными.

Меркурий между Солнцем и Землей

Команда ученых полагает, что эти гамма-лучи, вероятно, будут излучаться, когда мощные космические лучи, произведенные во вселенной посредством сильных астрофизических событий, таких как сверхновые и сталкивающиеся нейтронные звезды, врезаются в поверхность Солнца. Если один космический луч сталкивается с частицей в солнечной атмосфере, он создает ливень вторичных частиц и излучения, включая гамма-лучи. Однако такие ливни обычно будут полностью поглощены солнцем. Но согласно гипотезе, относящейся к 1990-м годам, некоторые из этих вторичных ливней могут быть отброшены и удалены от нашей звезды сильными колебаниями ее магнитного поля. Если это происходит, гамма-лучи, обнаруженные Ферми, вероятно, являются некоторыми из этих беглецов с высокой энергией.

Если эта интерпретация верна, говорит Рэнди Джокипи, отставной астроном из Университета Аризоны, который не участвовал в исследовании, неудивительно, что гамма-лучи с высокой энергией будут излучаться во время солнечного минимума.
Когда солнечный цикл находится на низком уровне, он говорит, что происходит уменьшение его уходящих «ветров» заряженных частиц, которые действуют как щит для отклонения входящих космических лучей. Это сокращение позволяет большему количеству космических лучей проникать в нашу солнечную систему и нашу звезду. Таким образом, всплеск в космических лучах должен приводить к всплеску гамма-лучей.
Но Линден и его коллеги также обнаружили еще одну любопытную вещь, совершенно непредсказуемую более ранними идеями: во время солнечного минимума большинство гамма-лучей выше 50 ГэВ излучаются вблизи экватора Солнца, но в течение всего остального цикла они, как правило, происходят из полярных областей. Это означает, что общий поток гамма-лучей наиболее интенсивен вдоль его экватора при минимуме Солнца и на его полюсах во время максимума.
Для наглядности рассмотрим пример. Представьте, что вы наблюдаете за роем светлячков в матовой стеклянной банке. Если самые яркие светлячки сближаются воеоло центра контейнера, его свечение будет наиболее ярким там,
даже если большее количество других светлячков заполняет периметр контейнера. Эта ситуация несколько похожа на гамма-излучение Солнца в течение солнечного минимума. Но если самые яркие светлячки вместо этого сходятся на дне и вершине банки, то тогда пик свечения будет наблюдаться в этих точках. Это было бы аналогично солнечному максимуму.
Причина этого сдвига полюсов / экватора в гамма-излучении остается неизвестной. Ученый Коэн, который также не участвовал в исследовании, указывает, что сдвиг соответствует наблюдаемым движениям солнечных пятен.
Эти темные пятна на поверхности Солнца отмечают интенсивную внутреннюю магнитную активность и так же, как недавно наблюдаемые гамма-излучения, они движутся от экватора к полюсам, когда солнце прогрессирует к солнечному максимуму. Коэн отмечает, что эти тенденции могут совпадать, но говорит, что он не может объяснить, почему. Игорь Москаленко, астроном из Стэнфордского университета, который не участвовал в исследовании, согласен с тем, что нет очевидного объяснения.

Один ключ может исходить из нечетной корреляции: хотя восемь лучей высоких энергий, превышающих 100 ГэВ, наблюдались всего за год, два из них были обнаружены в течение нескольких часов друг от друга,
и в то же время, как выброс корональной массы — «поразительное совпадение», — говорит Линден. Когда он это осознал, он решил расставить приоритеты, глядя на последние несколько месяцев доступных данных Ферми, только чтобы найти еще один высокоэнергетический гамма-луч, который излучался одновременно с другим выбросом корональной массы. «Это был определенно удивительный момент,- говорит он, хотя это не доказывает, что эти два явления связаны между собой. Шесть других высокоэнергетических гамма-лучей не совпадали с выбросами, которые в основном происходят при солнечном максимуме. Таким образом, факт, что они могут излучать гамма-лучи высокой энергии, когда они происходят во время солнечного минимума, представляет собой необъяснимую загадку. Линден говорит, однако, что эта потенциальная связь может быть только частью решения — еще многое предстоит сделать для разъяснения таких спекуляций.

Тем не менее, Линден был в восторге от того, что первое гамма-излучение высокой энергии испускалось после восьмилетнего затишья, созданного во всем последнем солнечном максимуме, который произошел в 2013 и 2014 годах. Он отмечает: «Вероятно, это указывает на то, что следующие несколько лет будут очень интересными для такого рода науки». Он планирует ежедневно чистить данные Ферми, чтобы искать дальнейшие всплески,
и сотрудничать с сотрудниками для получения новых данных из Обсерватории HAWC в Мексике и предстоящего Солнечного зонда на борту NASA (который будет летать ближе к солнцу, чем когда-либо ранее). «На самом деле есть большая надежда, что мы можем получить больше данных и увидеть новую физику здесь», — говорит он.

Так как солнце мешает вернуться к минимуму солнца, астрономы готовятся к изучению гамма-лучей с надеждой на то, что они могут пролить свет на таинственный интерьер. Хотя Линден и его коллеги пока не могут точно объяснить, почему и как гамма-излучение смещается в сторону с магнитным полем Солнца, становится все более очевидным, что они каким-то образом связаны. Москаленко утверждает, что гамма-лучевые выбросы могут использоваться для прослеживания глубоких магнитных полей Солнца и, возможно, для окончательного решения затяжных загадок солнечного цикла.

«Это загадка, о которой мы знаем уже много веков, но мы не знаем, как ее решить», — говорит Москаленко. «Возможно, в этой статье и будущих исследованиях будет дана подсказка тому, как это можно объяснить».

Добавить комментарий