На Солнце льёт огненный дождь: температура капель — миллионы градусов

На Солнце действительно идёт дождь — только вместо капель воды там падают раскалённые сгустки плазмы. Эти ослепительные потоки, образующиеся на фоне магнитных дуг, давно остаются загадкой для астрофизиков. Теперь исследователи из Института астрономии Гавайского университета (IfA), чья работа опубликована в The Astrophysical Journal, предложили новое объяснение: корональные дожди могут возникать из-за неравномерного распределения таких элементов, как железо, кремний и магний, в солнечной атмосфере.

Когда плазма превращается в дождь

Можно ли действительно говорить о дожде на Солнце? Да, но этот дождь не имеет ничего общего с привычными осадками. Он состоит из прохладных плотных капель плазмы, которые формируются в короне — внешнем, разреженном и раскалённом до миллионов градусов слое солнечной атмосферы — и падают обратно на поверхность звезды.

Эти плазменные "осадки" возникают после мощных солнечных вспышек, когда температура в некоторых участках короны резко падает. Электрически заряжённая плазма при этом подчиняется магнитным линиям, и "дождевые потоки" движутся по ним, образуя гигантские дуги, достигающие высоты в пять земных диаметров.

"В настоящее время модели предполагают, что распределение различных элементов в короне постоянно в пространстве и времени, что явно не так", — отметил соавтор исследования Люк Бенавиц.

Наблюдения, полученные с помощью спутников NASA и солнечных телескопов Гавайев, показывают, что корональный дождь возникает быстрее, чем ожидалось. Новые расчёты объяснили это именно изменчивостью химического состава солнечной атмосферы.

Тайна солнечных осадков

Традиционные модели солнечного дождя исходили из предположения, что состав короны стабилен. Но команда Бенавица решила допустить возможность того, что количество элементов, особенно тяжёлых, может меняться во времени.

Результат оказался впечатляющим: когда в модели учитывалось неравномерное распределение железа и магния, корональные дожди начинали формироваться всего через 35 минут после выброса энергии. Старые модели требовали для этого часы или даже дни непрерывного нагрева.

Почему изменение содержания элементов влияет на дождь? При изменении концентрации тяжёлых элементов меняется способность плазмы излучать тепло. В некоторых областях энергия теряется быстрее, температура падает, и вещество буквально "оседает" вниз под действием гравитации. Так рождается поток плазменных капель, стекающих вдоль магнитных петель.

"Удивительно видеть, что, когда мы позволяем таким элементам, как железо, изменяться со временем, модели наконец соответствуют тому, что мы фактически наблюдаем на Солнце", — добавил Бенавиц.

Магнитные петли и энергетические всплески

Солнечный дождь обнажает магнитную архитектуру звезды. Поскольку плазма движется вдоль силовых линий, она визуализирует огромные дуги и петли, невидимые без этого эффекта. Эти структуры — ключ к пониманию процессов нагрева и охлаждения короны.

Что происходит в момент образования дождя?

• Происходит вспышка — выброс энергии и рентгеновского излучения.

• Магнитная петля заполняется перегретой плазмой.

• Из-за локальных изменений состава элементов часть плазмы теряет энергию быстрее, охлаждается и начинает конденсироваться.

• Конденсаты падают вниз, создавая "осадки" в виде светящихся потоков.

А что если этот процесс связан с чем-то большим? Исследователи предполагают, что механизм образования солнечного дождя может быть тесно связан с загадкой нагрева короны - феномена, при котором внешние слои атмосферы Солнца горячее его поверхности. Если состав элементов действительно влияет на радиационные потери, то он может играть центральную роль и в этой головоломке.

Возвращение к основам солнечной физики

Соавтор работы Джеффри Рип подчеркнул, что новые данные заставляют пересмотреть представления о динамике короны.

"Это открытие важно, поскольку оно помогает нам понять, как на самом деле работает Солнце", — сказал Рип.

Учёные теперь намерены проверить, насколько вариации в содержании элементов могут объяснить и другие феномены — например, циклы активности звезды и мощность солнечных бурь. Если корреляция подтвердится, астрономам придётся "вернуться к чертежной доске", чтобы обновить все модели солнечной атмосферы.

Можно ли моделировать Солнце точнее, чем раньше? Новые вычислительные подходы позволяют интегрировать химические колебания и магнитные данные в единые симуляции. Это открывает путь к предсказанию активности Солнца с большей точностью — важной для защиты спутников, энергосистем и связи на Земле.

Ошибка → последствие → альтернатива. Ранее игнорирование изменений состава привело к систематической ошибке — моделям не удавалось воспроизвести быстрое образование корональных дождей. Последствием стало непонимание механизма охлаждения плазмы. Альтернатива, предложенная Бенавицем и его коллегами, показала, что динамика элементов является ключевым фактором, способным объяснить наблюдаемые явления.

Что ждёт солнечную науку дальше

Исследователи планируют расширить наблюдения, чтобы выяснить, насколько сильно содержание элементов колеблется в разных регионах звезды. Для этого будут использоваться спектроскопические данные с новых орбитальных миссий, включая Solar Orbiter и будущие проекты NASA.

А если аналогичные процессы происходят на других звёздах? Тогда открытие может изменить не только солнечную физику, но и представления об эволюции звёзд вообще. Ведь распределение элементов влияет на светимость, излучение и устойчивость магнитных полей.

Это означает, что "солнечный дождь" — не просто редкое зрелище, а фундаментальный процесс, отражающий баланс между теплом и энергией во Вселенной.

"Возможно, нам придется вернуться к чертежной доске в вопросе коронального нагрева, так что предстоит еще много новой и захватывающей работы", — заключил Рип.