Дожди из плазмы и железа: удивительное открытие — на Солнце тоже бывает ненастная погода

Когда мы смотрим на Солнце, трудно представить, что там может идти дождь. Однако в действительности это явление существует — только вместо капель воды на поверхность звезды падают потоки раскалённой плазмы. И теперь астрономы наконец-то поняли, почему на Солнце идут "дожди".

Что такое солнечный дождь

В отличие от привычных земных дождей, солнечный дождь происходит в короне Солнца — гигантском слое разреженной, но чрезвычайно горячей плазмы, окружающем звезду. В этой зоне температура может превышать миллион градусов. Парадоксально, но именно там иногда возникают более холодные и плотные сгустки плазмы, которые падают вниз, подобно каплям.

Учёные наблюдали этот феномен десятилетиями, но не могли объяснить, как он формируется так быстро — особенно во время солнечных вспышек, которые длятся всего несколько минут.

Разгадка тайны

Исследование провели аспирант Люк Бенавиц и астроном Джеффри Рип из Института астрономии Гавайского университета (Institute for Astronomy, University of Hawaii). Их работа, опубликованная в журнале The Astrophysical Journal, предложила новую модель, которая наконец объяснила природу этого удивительного явления.

"Нынешние модели предполагают, что распределение различных элементов в короне постоянно в пространстве и времени — что, очевидно, не соответствует действительности. Удивительно, что достаточно допустить изменение некоторых элементов, например железа, — и модели сразу начинают соответствовать тому, что мы наблюдаем на Солнце. Физика оживает и кажется реалистичной", — поделился Бенавиц.

Как всё происходит

Ранее считалось, что для образования коронального дождя необходимо длительное нагревание плазмы. Но вспышки Солнца слишком кратковременны, чтобы поддерживать такой процесс. Новая модель показывает: всё дело в изменении химического состава короны.

Когда вспышка нагревает нижние слои атмосферы — хромосферу, — происходит испарение плазмы, которое поднимает в корону атомы железа и кремния. Эти элементы имеют низкий потенциал ионизации, и в определённых концентрациях создают локальные области тепловой неустойчивости.

В таких зонах температура падает лавинообразно — плазма быстро остывает и конденсируется, образуя тяжёлые капли, которые "падают" вниз. Так рождается солнечный дождь.

"Это открытие важно, потому что оно помогает нам понять, как Солнце на самом деле работает. Мы не можем непосредственно наблюдать процесс нагрева, поэтому используем охлаждение как индикатор. Но если наши модели неверно учитывали содержание элементов, то время охлаждения переоценивалось. Возможно, нам придётся вернуться к началу в вопросе коронального нагрева", — отметил Рип.

Почему это открытие важно

Понимание механизма солнечного дождя имеет значение не только для теории, но и для практики прогнозирования космической погоды.
Активность Солнца напрямую влияет на:

• спутниковую связь и навигацию,
• радиосигналы,
• работу энергетических сетей на Земле.

Новые данные помогут точнее моделировать солнечные вспышки и оценивать их последствия. Теперь астрономы смогут учитывать изменение состава плазмы и динамику элементов, что делает прогнозы гораздо надёжнее.

Новые горизонты в изучении Солнца

Открытие гавайских исследователей показывает, что атмосфера Солнца намного изменчивее, чем считалось раньше. Соотношение элементов — железа, кремния, магния — может меняться со временем и даже от вспышки к вспышке. Это ставит под сомнение старые модели, которые предполагали стабильность химического состава короны.

Теперь физикам предстоит пересмотреть ключевые принципы.

1. Как энергия переносится из глубин Солнца в его атмосферу.
2. Почему температура короны выше, чем поверхности.
3. Как быстро плазма может остывать и конденсироваться в плотные структуры.

А что если…

Если концентрация элементов действительно влияет на корональные процессы, возможно, аналогичные механизмы происходят и на других звёздах. Это открывает новые направления для астрофизики звёздных атмосфер. Понимание "солнечных дождей" может стать ключом к моделированию погоды на далеких солнцеподобных звёздах.

Плюсы и минусы новой модели

3 интересных факта

1. Корональный дождь наблюдают с помощью космических обсерваторий SDO и Solar Orbiter, оснащённых ультрафиолетовыми телескопами.
2. Температура плазмы в "каплях" дождя может быть в 100 раз ниже, чем у окружающей короны — около 10 000 К.
3. Иногда плазменные потоки падают с высоты в десятки тысяч километров, достигая скорости до 200 км/с.

Исторический контекст

Феномен коронального дождя был замечен ещё в середине XX века, но долго оставался загадкой. Старые модели объясняли его длительным охлаждением, что не соответствовало наблюдениям. Работа Бенавица и Рипа стала недостающим звеном, объединив теорию, наблюдения и химические данные в единую систему.

Теперь, когда физики поняли, как рождаются эти "дожди света", Солнце перестало быть чуть менее загадочным. Но, как признаются сами исследователи, каждая разгаданная тайна звезды порождает десятки новых вопросов — и это делает астрономию по-настоящему живой наукой.