Солнечные джеты: почему плазма крутится и при чем тут магнитная «штопор»

Процесс формирования и вращения солнечного джета. Источник: AI

Солнце — это не обычная лампа в небе, а гигантский магнитный хаос, где постоянно что-то взрывается, вылетает и крутится. Недавно международная группа астрономов решила разобраться, как именно работают солнечные джеты — узкие потоки плазмы, вырывающиеся из активных областей светила. Оказалось, что наше представление о «раскручивании» этих потоков было несколько упрощённым.

Используя данные сразу трех космических обсерваторий — Solar Dynamics Observatory (SDO), CHASE и IRIS — ученые детально препарировали событие, произошедшее 1 августа 2023 года в активной области 13380. Там зафиксировали плазменный джет, который вел себя крайне интересно: он не просто летел вверх, а делал это с четко выраженным вращением.

Магнитная хореография в активной зоне

Традиционно считалось, что такие джеты крутятся, потому что магнитные поля раскручиваются, как освободившаяся пружина, толкая вещество. Однако спектроскопический анализ показал другую картину. Спектрограф Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) обнаружил одновременные красные и синие сдвиги по краям потока. Это прямое доказательство того, что мы видим именно вращение, но его природа оказалась сложнее, чем предполагали ранние модели.

Наблюдения в ультрафиолетовых линиях показали, как небольшой филамент у основания поднимается и буквально взрывается, запуская струю плазмы. Процесс, длившийся менее часа (с 02:30 до 03:15 UT), наглядно продемонстрировал все стадии: от спокойного состояния до формирования закрученной структуры, которая сохраняет свою форму в течение всего полета.

Штопор вместо пружины

Вместо того чтобы «раскручивать» поле в процессе движения, плазма просто движется вдоль уже закрученных спиральных линий, которые формируются во время магнитного пересоединения. Представьте себе не пружину, распрямляющуюся, а готовую трассу-серпантин, по которой на огромной скорости несутся частицы. Моделирование подтвердило: магнитный жгут формируется естественным образом, а после контакта с внешними полями его «закрутка» передается наружу вместе с веществом.

Интересно, что в отличие от классических сценариев, где джет должен расширяться и ускоряться во время раскрутки, здесь наблюдалась странная стабильность. Ширина потока оставалась практически неизменной, а линейная и вращательная скорости даже несколько уменьшались с высотой. Это свидетельствует о том, что структура чрезвычайно устойчива, и никакой дополнительной инъекции энергии в процессе полета не происходит — плазма просто следует заданной траектории.

Почему это важно для понимания звезд

Понимание физики таких процессов — это не только удовлетворение любопытства астрофизиков. Солнечные джеты являются одними из основных механизмов передачи энергии из нижних слоев атмосферы Солнца в корону. Именно такие процессы ответственны за то, что внешняя атмосфера звезды гораздо горячее ее поверхности — парадокс, который десятилетиями остается одной из главных загадок гелиофизики.

Результаты исследования, опубликованные в архиве научных препринтов arXiv, заставляют пересмотреть существующие модели нагрева короны. Если вращение — это не релаксация полей, а прямой перенос момента через движение плазмы, то энергетический баланс солнечной атмосферы выглядит несколько иначе, чем мы рисовали в учебниках. Солнце в который раз доказывает, что оно гораздо изящнее в своих механизмах, чем кажется на первый взгляд.