Солнечные вспышки — мощные выбросы энергии, происходящие в атмосфере Солнца. Под действием магнитного поля происходит сжатие солнечной плазмы, образуется плазменный жгут или лента, достигающее в длину десятков или даже сотен тысяч километров, что приводит к взрыву. Солнечная плазма в этой области может нагреваться до температуры порядка 10 миллионов градусов. 

Эти вспышки выбрасывают мощнейшие потоки рентгеновского излучения и заряженных частиц в сторону Земли. Они представляют серьезную опасность для космонавтов на орбите, выводят из строя электронику спутников и нарушают работу радиосвязи и энергосетей на нашей планете. Понимание фундаментальной физики вспышек критически важно для защиты космической и земной инфраструктуры.

Одной из главных нерешенных проблем в физике Солнца оставалась природа нагрева плазмы во время вспышек. Плазма состоит из двух «ингредиентов» — электронов и ионов. Считалось, что обе частицы в равной степени подчиняются общим законам и должны иметь одинаковую температуру. 

Однако в 1970-х годах в спектрах солнечного излучения астрофизики наблюдали загадочные линии, которые выглядели шире, чем предсказывали теории. Такая «ширина» указывала, что в плазме происходит что-то необычное, чего старые теории объяснить не могли. Это объясняли турбулентными движениями плазмы, но разобраться в причинах аномалии так и не удалось. 

Статья по теме: В архивах научного журнала найдены уникальные данные о солнечной вспышке, которую 130 лет назад описал 17-летний юноша

Команда британских астрофизиков под руководством Александра Рассела (Alexander Russell) из Сент-Эндрюсского университета в Шотландии нашла новые факты, которые не совпадают со старыми представлениями о солнечных вспышках. В научной работе, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, ученые рассказали, что ионы во время вспышек нагреваются гораздо сильнее электронов. Их температура может подниматься выше 60 миллионов градусов, что в 6,5 раз выше, чем показывали модели.

Ключ к разгадке ученые нашли, когда сопоставили данные из разных областей исследований — изучения околоземного пространства, солнечного ветра и результатов компьютерного моделирования. 

Авторы предыдущих работ доказали, что процесс так называемого магнитного пересоединения — перестройки силовых линий магнитного поля — нагревает ионы значительно сильнее электронов. Этот эффект зафиксировали в околоземном космическом пространстве, в солнечном ветре, его показали и компьютерные модели. Теперь стало ясно, что тот же механизм работает и на Солнце.

«Нас впечатлили недавние открытия, показавшие универсальный закон — магнитное пересоединение нагревает ионы в 6,5 раз эффективнее, чем электроны. Но никто до нас не попытался применить эти знания к солнечным вспышкам», — пояснил Рассел.

Статья по теме: Ученые выяснили, почему атмосфера Земли не превращается в кипящий океан огня во время вспышек на Солнце

Повторив расчеты с учетом современных данных, Рассел и его коллеги выяснили, что разница в температуре ионов и электронов может сохраняться в ключевых областях вспышек десятки минут. У ученых впервые появилась возможность рассматривать так называемые сверхгорячие ионы как реальный элемент солнечной физики.

Новые значения температуры неожиданно помогли ответить на загадку ширины спектральных линий. Ранее считали, что необычная форма этих линий связана только с турбулентными потоками, но исследователи не находили убедительных доказательств. Теперь выяснилось, что высокая температура ионов сама по себе объясняет, почему линии оказываются шире ожидаемого. 

Таким образом, авторы нового исследования получили два результата: уточнили параметры солнечных вспышек и одновременно разрешили астрофизическую загадку, которой почти полвека.