Как се образуват слънчевите протуберанси

Протуберансите са хладни плазмени структури, простиращи се на няколко хиляди километра в горещата корона на Слънцето. Някои се запазват в продължение на седмици. За да се образуват и да останат стабилни протуберансите, те се нуждаят от постоянен приток на плазма.

Ново проучване предоставя информация за тяхната "логистика на снабдяване". За първи път новите компютърни симулации отчитат процесите във всички участващи слоеве на Слънцето - включително тези под повърхността.

Магнитното поле на Слънцето е от решаващо значение. То извдига плазма от по-дълбоките слоеве в протуберансите и насочва притока през короната.

За да се защити критична инфраструктура, като например електрически мрежи и спътници, е от съществено значение да се прогнозират предстоящите слънчеви бури. Ново проучване на учени от от Института за изследване на слънчевата система "Макс Планк" (MPS), Германия, полага основите за бъдещи прогнози.

При температура над един милион градуса, слънчевата атмосфера, короната, е невероятно гореща. Не навсякъде обаче. В короната многократно се появяват огромни структури от значително по-хладна слънчева плазма - само около 10 000 градуса. Тези структури са известни като протуберанси. Те се простират до няколко хиляди километра и често приличат на трептящи пламъци, които могат да приемат голямо разнообразие от форми. Въпреки деликатния си вид, те са масивни "струпвания на материя": плътността им надвишава тази на околната корона повече от сто пъти. В известен смисъл, това е все едно гигантска планина е окачена във въздуха.

Протуберансите могат да останат стабилни седмици или дори месеци, но те също така притежават експлозивен потенциал: ако не изчезнат тихо, те кулминират в мощно изригване, по време на което Слънцето изхвърля заредени частици в космоса. Ако облакът от частици стигне Земята, може да предизвика силни слънчеви бури.

В настоящата публикация в списанието Nature Astronomy, изследователи от Института за изследване на слънчевата система "Макс Планк" проучват как се образуват протуберансите и каква е тайната на тяхното дълголетие. Техните открития разкриват, че протичат множество процеси, създаващи постоянен баланс между загубата и притока на материал.

Слънчевите протуберанси се срещат в голямо разнообразие от форми и размери – понякога дори едновременно, както впечатляващо демонстрира това изображение на Слънцето от 11 февруари 2014 г. Докато повечето протуберанси приличат на извиващи се пламъци, други приемат форма, подобна на кръг. Протуберансите в края на Слънцето изглеждат ярки за наблюдателя, докато тези на слънчевия диск изглеждат тъмни. Кредит: Слънце: NASA/SDO/GSFC Visualization Studio/Virtual Solar Observatory; бели рамки: MPS

В сложни компютърни симулации, изследователите моделират взаимодействието на магнитни полета и плазма в Слънцето. По този начин те вземат предвид не само слънчевата атмосфера, където се проявяват протуберансите, но за първи път и по-дълбоките, по-хладни слоеве на нашата звезда. Там, под видимата повърхност на Слънцето, турбулентни плазмени потоци генерират сложното, постоянно променящо се магнитно поле на Слънцето, което се простира дори в короната.

"В слънчевата атмосфера магнитното поле е движещата сила. То също играе решаваща роля във всички процеси, които допринасят за образуването и поддържането на протуберансите", обяснява ученият от MPS Лиза-Мари Зеснер-Ондратчек (Lisa-Marie Zeßner-Ondratschek), първи автор на новата публикация.

Също толкова решаващ е температурният градиент в тези слоеве. С максимална температура от 20 000 градуса, долната слънчева атмосфера, хромосферата, е значително по-хладна от короната. Подлежащата слънчева повърхност достига само 6000 градуса.

Поредица от изображения от новите компютърни симулации. Пламъкоподобната протуберанс се простира до около 20 000 километра в короната и постоянно променя формата си. Понякога част от материала ѝ "вали" обратно в долните слоеве на Слънцето (изображение D). Кредит: MPS

За своите изчисления изследователката се фокусира върху по-малките протуберанси, които се простират "само" до 20 000 километра в короната. Тя предполага каква е архитектурата на магнитното поле, която често съпътства протуберансите: линиите на магнитното поле приемат формата на двойна арка в короната. Те наподобяват двете гърбици на камилар или два съседни върха на планинска верига. Протуберансът се образува във вдлъбнатината между "гърбиците".

Както показват компютърните симулации, един вид процес на инжектиране задвижва протуберанса. Под въздействието на турбулентни, дребномащабни движения на магнитното поле, хромосферата изхвърля потоци на студена плазма. Това извиващо се петно ​​остава заклещено в магнитната дупка в короната. След това се задейства сложната логистика на снабдяването на протуберансите: Въпреки че част от студената плазма многократно "вали" обратно в по-ниско разположените слоеве, два процеса компенсират загубите: Материалът редовно се изхвърля от хромосферата; освен това - макар и в по-малка степен - гореща плазма тече от короната по линиите на магнитното поле в дупката, охлажда се и "кондензира" там.

"Нашите изчисления показват, по-реалистично от всякога, как два процеса си взаимодействат, за да снабдяват протуберансите с материал и по този начин да поддържат тяхната жизнеспособност", отбелязва Лиза-Мари Цеснер-Ондратчек.

По-ранни симулации, които са вземали предвид само слънчевата атмосфера, като са моделирани главно кондензацията в короната. Новата публикация по този начин запълва голяма празнина в нашите знания и впечатляващо демонстрира, че процесите във вътрешността на Слънцето също така имат решаващо значение за разбирането - и може би един ден за прогнозирането - на взривната природа на нашата звезда.

Справка: Lisa-Marie Zeßner, Robert H. Cameron, Sami K. Solanki, Damien Przybylski:
Self-consistent numerical simulations for the formation and dynamics of solar prominences,
Nature Astronomy, 22 April, 2026; DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-026-02840-7 

Източник: How solar prominences form, MPS

Още по темата

16/04/2024

Космос

НАСА забелязва огромни розови пламъци по време на пълното слънчево затъмнение. Какво са те?

02/05/2023

Космос

Суперизригване от съседна звезда е 1000 пъти по-мощно от най-мощното на Слънцето

28/08/2022

Земята

Събитието Карингтън - най-силната в историята геомагнитна буря

21/08/2017

Космос

Какво можем да научим от слънчевите затъмнения