Знаете ли, че на Слънцето вали дъжд? Разбира се, не вода. Това е слънчев дъжд, който се образува в короната на Слънцето, най-външния слой, съставен от изключително гореща плазма. Този феномен включва по-хладни, по-тежки капки плазма, които се кондензират високо над повърхността на Слънцето и след това се връщат обратно надолу.

В продължение на години изследователите не можеха да разберат как този „дъжд“ се образува толкова бързо по време на слънчевите изригвания. Сега изследователи от Университета на Хавай най-накрая разбраха защо.

Радиацията помага за охлаждането на плазмата в короната на Слънцето. Но съставът на елементите в различните части на короната не е постоянен. Той се променя с времето и в различните региони. Повечето модели пренебрегват това и приемат, че нивата на елементите остават постоянни навсякъде. Поради това тези модели се затрудняват да обяснят бързо променящи се явления като слънчевия дъжд, който се появява по време на изригвания и в активни зони. Тъй като количеството енергия, загубено чрез радиация, зависи от присъстващите елементи, прекаленото опростяване на тяхното поведение означава пропускане на ключовата физика, стояща зад действителното функциониране на слънчевата атмосфера.

Люк Бенавиц, студент в първата година на магистърската си програма, работещ по проекта, казва: „В момента моделите приемат, че разпределението на различните елементи в короната е постоянно във времето и пространството, което очевидно не е така“.

Екипът откри, че промените в състава на елементите, наречени елементарно изобилие, могат да обяснят как се образува слънчевият дъжд толкова бързо. За да моделират по-добре как радиацията охлажда плазмата на Слънцето, те актуализираха симулационен инструмент, наречен HYDRAD. Вместо да приемат, че съставът на елементите остава постоянен навсякъде и по всяко време, те позволяват той да варира в пространството и времето, особено за елементи с нисък потенциал на първа йонизация (нисък FIP), които играят ключова роля в слънчевата активност.

Те дори добавиха ново уравнение, за да проследят как се движат и променят тези елементи с нисък FIP. Когато сравниха този актуализиран модел със стария, резултатите показаха много по-добро съответствие с реалните събития на слънчев дъжд. HYDRAD е специализиран симулационен инструмент, който изучава как слънчевата плазма тече по линиите на магнитното поле, като трафик, движещ с през космически тунел. Той третира плазмата като две взаимодействащи си течности (електрони и йони) и проследява подробно тяхното поведение.

Това, което прави HYDRAD мощен, е пълното му третиране на топлинния и енергийния поток. Той включва плътна радиация от долната атмосфера на Слънцето (хромосферата), топлопроводимост с проверки за безопасност, за да се избегнат нереалистични пикове, и загуби на тънка радиация от короната. Заедно тези характеристики помагат на изследователите да моделират динамичната атмосфера на Слънцето с висока прецизност. Изследователите демонстрираха, че когато се проследява движението на елементи с нисък FIP през атмосферата на Слънцето, става лесно да се разбере слънчевият дъжд.

Ето какво се случва: гореща плазма се издига от долните слоеве на Слънцето, процес, наречен хромосферно изпарение, и тече по магнитни вериги в короната. Повечето от веригите претърпяват спад в тези елементи, с изключение на най-горната част, или върха, където нивата им се увеличават. Това увеличение повишава загубата на радиация точно на върха, охлаждайки плазмата бързо и причинявайки нейното кондензиране. Така се образува слънчев дъжд във вериги, които се нагряват внезапно, като по време на слънчеви изригвания.

Понастоящем никой друг слънчев модел не отчита радиацията, като позволява нивата на елементите да се променят в пространството и времето. Тези променящи се пространствено-времеви изобилия обаче са от решаващо значение за разбирането на това как плазмата се охлажда в атмосферата на Слънцето и защо се образува слънчев дъжд.

Изследователите са показали, че тези промени могат да предизвикат коронален дъжд в симулациите. Като включват пространствено-времеви изобилия, изследователите не само подобряват един модел, но и усъвършенстват начина, по който се обработва радиацията във всички магнитохидродинамични модели. В симулациите изследователите приеха, че короналната верига вече има раздробен микс от елементи, който те наричат фракциониран. Но ако включат сила, наречена пондеромотивна сила, те биха могли да моделират веригата от по-ранен етап, преди да се нагрее.

Наблюденията от космическия апарат Hinode/EIS подкрепят това. Те установиха, че слънчевият дъжд има сложен елементарен отпечатък. Самият дъжд показа фотосферна характеристика (въз основа на съотношението силиций-сяра), докато по-горещата плазма около него имаше коронална характеристика (въз основа на съотношението калций-аргон).

Съавторът на изследването Джефри Рийп добавя: „Това откритие е важно, защото ни помага да разберем как наистина функционира Слънцето. Не можем да видим директно процеса на нагряване, затова използваме охлаждането като заместител. Но ако нашите модели не са третирали правилно изобилието, вероятно времето за охлаждане е било надценено. Може би ще трябва да се върнем към чертожната дъска по отношение на нагряването на короната, така че има много нова и вълнуваща работа за вършене“.

Снимка: Unsplash

Виж още: HUAWEI Watch Ultimate 2 – как се надгражда ултимативният смарт часовник? (РЕВЮ)