Foto: ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI Team

Nové poznatky o slunečních erupcích

Evropská kosmická agentura (ESA) oznámila, že sonda Solar Orbiter zachytila nejjasnější důkazy o tom, že sluneční erupce rostou prostřednictvím kaskádové „magnetické laviny“. Malé, slabé magnetické poruchy se rychle množí, spouštějí silnější a silnější exploze, které urychlují částice na extrémní rychlosti. Tento proces vytváří proudy zářících plazmových kapek, které prší skrze atmosféru Slunce dlouho po samotné erupci.

Autor původního článku: redakce

Co spouští sluneční erupci

Sluneční erupce patří mezi nejsilnější exploze ve sluneční soustavě. Vznikají, když se obrovské množství energie uložené ve zkroucených magnetických polích náhle uvolní prostřednictvím procesu známého jako magnetická rekonekce. Během rekonekce se magnetické siločáry směřující v opačných směrech roztrhnou a znovu spojí v nové konfiguraci. Toto rychlé přeuspořádání může ohřát plazmu na miliony stupňů a vrhnout energizované částice pryč z místa, čímž vzniká sluneční erupce. Nejsilnější erupce mohou spustit řetězovou reakci, která dosáhne Země, vyvolávající geomagnetické bouře a někdy narušující rádiovou komunikaci. Kvůli těmto potenciálním dopadům se vědci snaží přesně pochopit, jak erupce začínají a jak se vyvíjejí.

Vzácný pohled na zrod sluneční erupce

Solar Orbiterův Extreme Ultraviolet Imager (EUI) zachytil mimořádně detailní snímky vnější atmosféry Slunce, známé jako korona, rozlišující rysy jen několik stovek kilometrů široké a zaznamenávající změny každé dvě sekundy. Současně tři další přístroje, SPICE, STIX a PHI, studovaly různé vrstvy Slunce, od horké korony až po viditelný povrch, nebo fotosféru. Tyto pozorování umožnily vědcům sledovat vývoj erupce přibližně 40 minut, což je příležitost, která se zřídka vyskytuje kvůli omezeným pozorovacím oknům a omezením dat na palubě sondy.

„Měli jsme opravdu velké štěstí, že jsme mohli sledovat předchůdné události této velké erupce v tak krásných detailech,“ říká Pradeep Chitta z Max Planck Institute for Solar System Research v Göttingenu, Německo, a hlavní autor studie. „Takto detailní pozorování erupce s vysokou kadencí nejsou možná pořád kvůli omezeným pozorovacím oknům a protože data jako tato zabírají tolik paměti na palubním počítači sondy. Opravdu jsme byli na správném místě ve správný čas, abychom zachytili jemné detaily této erupce.“

Magnetická lavina v akci

Když EUI začal pozorovat oblast ve 23:06 univerzálního času (UT), asi 40 minut před dosažením vrcholu erupce, odhalil tmavý, obloukovitý filament složený ze zkroucených magnetických polí a plazmy. Tato struktura byla spojena s křížovým vzorem magnetických siločar, které se postupně rozjasňovaly. Detailní pohledy ukázaly, že nové magnetické prameny se objevovaly téměř v každém snímku, přibližně každé dvě sekundy nebo méně. Každý pramen zůstal omezen magnetickými silami a postupně se kroutil, připomínající těsně navinutá lana. Jak se tvořilo a kroutilo více pramenů, oblast se stala nestabilní. Podobně jako lavina nabírající na síle, začaly se magnetické struktury rychle rozpadat a znovu spojovat. To spustilo šířící se řetěz narušení, z nichž každé bylo silnější než to předchozí, viditelné jako náhlé záblesky jasu.

Ve 23:29 UT došlo k obzvláště intenzivnímu zjasnění. Krátce poté se tmavý filament na jedné straně odpojil a prudce vyrazil ven, násilně se odvíjející, jak se pohyboval. Jasné záblesky rekonekce se objevily podél jeho délky v mimořádných detailech, jak hlavní erupce vybuchla kolem 23:47 UT.

„Tyto minuty před erupcí jsou extrémně důležité a Solar Orbiter nám poskytl okno přímo do paty erupce, kde tento lavinový proces začal,“ říká Pradeep. „Byli jsme překvapeni, jak je velká erupce poháněna sérií menších rekonekčních událostí, které se rychle šíří v prostoru a čase.“

Sluneční erupce jako kaskádové řetězové reakce

Vědci dlouho naznačovali, že laviny by mohly vysvětlit kolektivní chování nesčetných malých erupcí na Slunci a dalších hvězdách. Až dosud nebylo jasné, zda stejná myšlenka platí pro jednu velkou erupci. Tyto nové výsledky ukazují, že velká erupce nemusí být jednou jednotnou explozí. Místo toho může vzniknout z mnoha menších rekonekčních událostí, které se navzájem ovlivňují a vytvářejí silnou kaskádu.

Pomocí kombinovaných měření z přístrojů SPICE a STIX mohl výzkumný tým studovat, jak tato rychlá sekvence rekonekčních událostí ukládá energii do nejvyšších vrstev atmosféry Slunce s bezprecedentními detaily. Vysokoenergetické rentgenové záření hrálo klíčovou roli v této analýze, protože odhaluje, kde urychlené částice uvolňují svou energii. Protože takové částice mohou uniknout do vesmíru a představovat rizika pro satelity, astronauty a dokonce i technologie na Zemi, pochopení jejich chování je zásadní pro předpovídání kosmického počasí.

Během erupce 30. září rentgenové záření a ultrafialové emise již pomalu narůstaly, když SPICE a STIX zahájily svá pozorování. Jak se erupce zintenzivnila, rentgenový výstup dramaticky vzrostl, urychlující částice na rychlosti 40 až 50 procent rychlosti světla, což je přibližně 431 až 540 milionů km/h. Data také ukázala, jak se energie přímo přesouvá z magnetických polí do okolní plazmy během rekonekce.

„Viděli jsme stuhovité struktury, které se pohybovaly extrémně rychle dolů skrze atmosféru Slunce, ještě před hlavní epizodou erupce,“ říká Pradeep. „Tyto proudy ‚pršících plazmových kapek‘ jsou známkami ukládání energie, které se s postupem erupce zesilují. I po poklesu erupce déšť pokračuje nějakou dobu. Je to poprvé, co to vidíme na této úrovni prostorových a časových detailů v solární koroně.“

Ochladnutí po erupci

Po nejintenzivnější fázi erupce ukázaly snímky EUI, jak se původní křížová magnetická struktura uvolňuje. Současně STIX a SPICE zaznamenaly ochlazování plazmy a pokles emisí částic směrem k normálním úrovním. PHI pozoroval účinky erupce na viditelném povrchu Slunce, čímž dokončil trojrozměrný pohled na celou událost.

„Nečekali jsme, že lavinový proces může vést k tak vysoce energetickým částicím,“ říká Pradeep. „Stále máme mnoho co zkoumat v tomto procesu, ale to by vyžadovalo ještě vyšší rozlišení rentgenových snímků z budoucích misí, abychom to opravdu rozpletli.“

Nové porozumění slunečním explozím

„Toto je jeden z nejzajímavějších výsledků ze Solar Orbiteru dosud,“ říká Miho Janvier, spoluprojektový vědec ESA Solar Orbiter. „Pozorování Solar Orbiteru odhalují centrální motor erupce a zdůrazňují klíčovou roli mechanismu uvolňování magnetické energie podobného lavině. Zajímavou perspektivou je, zda se tento mechanismus vyskytuje ve všech erupcích a na jiných hvězdách.“

„Tato vzrušující pozorování, zachycená v neuvěřitelných detailech a téměř okamžik po okamžiku, nám umožnila vidět, jak sekvence malých událostí kaskádovala do obřích výbuchů energie,“ říká David Pontin z University of Newcastle, Austrálie, který je spoluautorem studie. Dodává: „Porovnáním pozorování EUI s pozorováními magnetického pole jsme byli schopni rozplést řetězec událostí, které vedly k erupci. To, co jsme pozorovali, zpochybňuje existující teorie o uvolňování energie erupcí a spolu s dalšími pozorováními nám umožní tyto teorie zpřesnit a zlepšit naše porozumění.“

O misi Solar Orbiter

Solar Orbiter je společná mise ESA a NASA a je provozována ESA. Extreme Ultraviolet Imager (EUI) je veden Královskou observatoří v Belgii (ROB). Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) je veden Max Planck Institute for Solar System Research (MPS), Německo. Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) je evropský přístroj řízený Institut d’Astrophysique Spatiale (IAS) v Paříži, Francie. STIX X-ray Spectrometer and Telescope je veden FHNW, Windisch, Švýcarsko.