Daugelį metų mokslininkai negalėjo suprasti, kaip šis „lietus“ per Saulės žybsnius susidaro taip greitai. Dabar Havajų universiteto mokslininkai pagaliau išsiaiškino, kodėl taip nutinka.
Spinduliuotė padeda atvėsinti plazmą Saulės vainike. Tačiau elementų sudėtis skirtingose vainiko dalyse nėra pastovi. Skirtingose srityse laikui bėgant ji kinta. Dauguma modelių į tai neatsižvelgdavo ir darydavo prielaidą, kad elementų koncentracija visur išlieka pastovi.
Dėl to šie modeliai sunkiai paaiškindavo greitai kintančius reiškinius – pavyzdžiui, Saulės lietų, kuris pasirodo per saulės žybsnius ir aktyviose zonose. Kadangi per spinduliavimą prarandamos energijos kiekis priklauso nuo esančių elementų, pernelyg supaprastinant jų elgseną prarandama galimybė suprasti pagrindinius fizikos dėsnius, kuriais iš tikrųjų veikia saulės atmosfera.
Susiję straipsniai
„Šiuo metu modeliai daro prielaidą, kad įvairių elementų pasiskirstymas vainike yra pastovus erdvėje ir laike, o tai akivaizdžiai nėra tiesa“, – teigia prie šio projekto dirbęs pirmakursis magistrantas Luke’as Benavitzas. Tyrėjų komanda atrado, kad elementų sudėties pokyčiai gali paaiškinti, kodėl Saulės lietus susidaro taip greitai.
Siekiant geriau modeliuoti, kaip spinduliavimas atšaldo Saulės plazmą, mokslininkai atnaujino modeliavimo įrankį „HYDRAD“. Vietoj to, kad laikytųsi prielaidos, jog elementų sudėtis visur ir visada išlieka pastovi, jie modelyje leido jai kisti erdvėje ir laike – ypač elementams, turintiems mažą pirmąjį jonizacijos potencialą (mažą FIP), kurie atlieka pagrindinį vaidmenį Saulės aktyvume.
Jie netgi pridėjo naują lygtį, leidžiančią stebėti, kaip šie mažo FIP elementai juda ir keičiasi. Palyginus šį atnaujintą modelį su senuoju, rezultatai parodė, kad jis daug geriau atitinka realius Saulės lietaus reiškinius.
„HYDRAD“ yra specializuota modeliavimo priemonė, tirianti, kaip Saulės plazma teka palei magnetinio lauko linijas – tarsi eismas, judantis per kosminį tunelį. Ji traktuoja plazmą kaip du tarpusavyje sąveikaujančius skysčius (elektronus ir jonus) ir išsamiai stebi jų elgesį.
„HYDRAD“ galingumą lemia visapusiškas šilumos ir energijos srautų apdorojimas. Jis apima tankų spinduliavimą iš žemesnių Saulės atmosferos sluoksnių (chromosferos), šilumos laidumą su saugumo patikrinimais, kad būtų išvengta nerealių šuolių, ir retą spinduliavimo nuostolius iš vainiko. Visos šios savybės kartu padeda mokslininkams su dideliu tikslumu modeliuoti dinamišką Saulės atmosferą.
Viskas vyksta taip: karšta plazma kyla iš apatinių Saulės sluoksnių – šis procesas vadinamas chromosferiniu garavimu – ir teka palei magnetines kilpas vainike. Didžiojoje kilpos dalyje šių elementų kiekis mažėja, išskyrus pačią viršūnę, kur jų lygis didėja. Šis padidėjimas sukelia spinduliavimo nuostolius būtent viršūnėje, dėl to plazma greitai atvėsta ir kondensuojasi. Būtent taip susidaro Saulės lietus kilpose, kurios staiga įkaista – pavyzdžiui, per saulės žybsnius.
Šiuo metu nėra jokio kito Saulės modelio, kuris atsižvelgtų į spinduliavimą ir kartu leistų elementų koncentracijoms kisti erdvėje ir laike. Tačiau šie kintantys erdvės ir laiko gausumo pokyčiai yra itin svarbūs norint suprasti, kaip plazma atvėsta Saulės atmosferoje ir kodėl susidaro Saulės lietus.
Mokslininkai parodė, kad šių pokyčių įtraukimas modeliavimuose gali sukelti vainiko lietų. Įtraukdami erdvinius ir laiko gausumo pokyčius, mokslininkai ne tik tobulina vieną modelį, bet ir gerina spinduliavimo apdorojimą visuose magnetohidrodinaminiuose modeliuose.
Modeliavimuose mokslininkai darė prielaidą, kad vainiko kilpoje jau buvo suskaidytas elementų mišinys, kurį jie vadina frakcionuotu. Tačiau įtraukdami jėgą, vadinamą ponderomotine jėga, jie galėtų modeliuoti kilpą nuo ankstesnio etapo, kol ji dar nėra įkaitinta.
Tai patvirtina kosminio aparato „Hinode/EIS“ stebėjimai. Buvo nustatyta, kad Saulės lietus turi sudėtingą elementų sudėties profilį. Pats lietus pasižymėjo fotosferos požymiais (remiantis silicio ir sieros santykiu), o jį supanti karštesnė plazma – vainiko požymiais (remiantis kalcio ir argono santykiu).
Tai atitinka modelio prognozes: chromosferos garavimo metu lietaus viduje Si/S santykis pasikeičia į fotosferinį, o aplink jį esančioje karštoje plazmoje Ca/Ar santykis išlieka vainikinis. Tai reiškia, kad lietus susidaro pagal tuos pačius fizikos dėsnius, kuriuos aprašo modelis.
„Įdomu matyti, kad kai leidžiame elementams, pavyzdžiui, geležiai, kisti laikui bėgant, modeliai pagaliau sutampa su tuo, ką iš tikrųjų stebime Saulėje, – teigia L. Benavitzas. – Tai suteikia fizikai gyvybingumo, kuris atrodo tikras.“
„Šis atradimas svarbus, nes padeda mums suprasti, kaip iš tikrųjų veikia Saulė. Mes negalime tiesiogiai matyti kaitinimo proceso, todėl kaip rodiklį naudojame aušinimą. Tačiau jei mūsų modeliai netinkamai atsižvelgė į elementų gausumą, aušinimo laikas greičiausiai buvo pervertintas. Galbūt turėsime iš naujo peržiūrėti vainikinio kaitinimo modelius, taigi laukia daug naujų ir įdomių darbų.“, – priduria tyrimo bendraautorius Jeffrey Reepas.
Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „The Astrophysical Journal“. Parengta pagal „New Atlas“.