Bí ẩn về mưa mặt trời đã được giải đáp: trận mưa plasma rơi trong vài phút

Lượng mưa thực sự xảy ra trên Mặt Trời, nhưng không phải trên nước: Chúng là dòng plasma nóng sáng đi xuống theo hướng từ trường. Hiện tượng này, được gọi là mưa mặt trời, đã làm các nhà nghiên cứu bối rối trong nhiều năm vì tốc độ phun trào của nó.

Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Hawaii đã sắp xếp lại câu đố này bằng một tác phẩm được công bố trên Tạp chí Astrophysical Journal, ở đâu Chúng chứng minh rằng thành phần hóa học của vành nhật hoa không cố định.và chi tiết đó hoàn toàn thay đổi tốc độ làm mát và ngưng tụ của plasma.

Mưa mặt trời là gì và tại sao nó lại đáng ngạc nhiên

Không giống như mưa trên cạn, phiên bản mặt trời xảy ra trong vành nhật hoa, lớp ngoài cùng và rất nóng của bầu khí quyển Mặt Trời, nơi các vùng plasma nhỏ đột ngột nguội đi, mật độ tăng lên và rơi xuống các lớp thấp hơn với tốc độ cao. Điều khó hiểu là, thay vì mất hàng giờ như được dự đoán bởi các mô hình cổ điển, Các "giọt" plasma xuất hiện trong vòng vài phút trong quá trình phun trào.

Các quan sát bằng tàu thăm dò mặt trời và kính viễn vọng đã xác nhận hành vi tăng tốc này, nhưng các phép tính không tái hiện được điều đó. Nguyên nhân, các tác giả hiện giải thích, Đó là ngay từ đầu người ta đã cho rằng nó đồng nhất và không thay đổi trong hỗn hợp các yếu tố của nó, một sự đơn giản hóa đã gây ra hậu quả khi mô phỏng thực tế.

Mảnh ghép còn thiếu: một chiếc vương miện có thành phần hóa học thay đổi

Bước đột phá quan trọng đến từ việc cho phép sự phong phú của các nguyên tố thay đổi theo không gian và thời gian trong các mô phỏng. Bằng cách giới thiệu những thay đổi trong tỷ lệ các yếu tố của năng lượng ion hóa đầu tiên thấp —giống như sắt hoặc silic—, Mô hình cho thấy những khu vực này hoạt động như những bộ tản nhiệt cực kỳ hiệu quả. khi chúng tập trung ở đỉnh của các vòng vành.

Sự dư thừa cục bộ của các nguyên tố nặng tạo điều kiện cho sự mất năng lượng nhanh hơn nhiều thông qua bức xạ so với ước tính, khiến plasma nguội đi và ngưng tụ đột ngột. Theo nhóm nghiên cứu do Luke Fushimi Benavitz Cùng với Jeffrey W. Reep, việc điều chỉnh tính chất hóa học của vành nhật hoa là “công tắc” cho phép mô phỏng tái tạo những gì nhìn thấy được qua kính thiên văn.

Từng bước một: từ flash đến plasma

Mọi chuyện bắt đầu bằng một vụ phun trào làm nóng tầng sắc quyển., lớp nằm dưới vương miện. Nhiệt đó thúc đẩy cái gọi là sự bốc hơi sắc quyển: vật chất dày đặc dâng lên và lấp đầy các vòng từ của vành nhật hoa bằng plasma có thành phần tương tự như thành phần của quang quyển.

Một khi ở trên đỉnh, dòng chảy tập trung các nguyên tố như sắt và silic ở điểm cao nhất của vòng lặpSự tích tụ này, do khả năng bức xạ năng lượng lớn, gây ra hiện tượng làm mát cục bộ. Áp suất giảm, môi trường xung quanh cung cấp nhiều plasma hơn, Mật độ tăng lên và sự bất ổn nhiệt được kích hoạt, giúp đẩy nhanh quá trình.:Vật liệu ngưng tụ và mưa vành nhật hoa bắt đầu trong vòng vài phút.

Chuỗi sự kiện này—phun trào, bốc hơi, làm giàu các nguyên tố nặng, nguội đi do bùng nổ, và sụp đổ—cuối cùng phù hợp với các chuỗi được ghi lại bởi các thiết bị chuyên theo dõi hoạt động của Mặt Trời. Về phía các tác giả, Nó không phải là một sản phẩm phụ giai thoại, nhưng một quá trình động lực thiết yếu của bầu khí quyển Mặt Trời.

Ý nghĩa đối với dự báo thời tiết không gian

Việc hiểu được thời điểm và địa điểm hình thành các trận mưa plasma này không chỉ là một thành tựu lý thuyết. Bằng cách liên hệ các trận mưa năng lượng mặt trời với tính chất hóa học và động lực học của các vòng từ, Mô hình mới cung cấp manh mối để tinh chỉnh cảnh báo thời tiết vũ trụ, cần thiết để bảo vệ vệ tinh, thông tin liên lạc, định vị và lưới điện.

Mô phỏng trung thực hơn với hành vi thực tế của vương miện cho phép dự đoán tốt hơn về tác động của các vụ phun trào và các vụ phun trào khối vành nhật hoa. Trong thực tế, có cửa sổ cảnh báo chính xác hơn có thể tạo ra sự khác biệt giữa sự gián đoạn có thể kiểm soát được và sự gián đoạn tốn kém của các dịch vụ quan trọng.

Điều gì tiếp theo trong vật lý mặt trời

Nghiên cứu này mở ra cánh cửa để lập bản đồ chi tiết hơn về cách thức sự phong phú của các nguyên tố trong vành nhật hoa phát triển theo thời gian và cách chúng kết hợp với những thay đổi trong từ trườngNhóm nghiên cứu đề xuất kết hợp các mô hình và quan sát để theo dõi những biến thể này ở nhiều quy mô khác nhau.

Các công cụ như Đài quan sát động lực học mặt trời và các sứ mệnh đang ngày càng tiến gần hơn đến Mặt trời, chẳng hạn như Parker Solar Probe, có thể cung cấp dữ liệu thời gian thực để xác minh và tinh chỉnh các mô phỏng này. Mục tiêu là Xây dựng một khuôn khổ thống nhất kết nối các vụ phun trào, hóa học vành nhật hoa và bụi phóng xạ plasma với khả năng dự đoán.

với công việc này ký kết bởi Luke Fushimi Benavitz, Jeffrey W. Reep, Lucas A. Tarr và Andy SH To en Tạp chí Astrophysical Journal, cộng đồng có một lời giải thích mạch lạc về lý do tại sao mưa mặt trời xuất hiện nhanh chóng trong các vụ phun trào. Một vành nhật hoa không đồng đều như người ta từng nghĩ hóa ra lại là chìa khóa để hiểu được trận mưa như trút nước đang rơi xuống ngôi sao của chúng ta.