Нанофлары - Nanoflares

«На этой карте температуры в искусственных цветах показана солнечная активная область AR10923, наблюдаемая близко к центру солнечного диска. Голубые области обозначают плазму около 10 миллионов градусов Кельвина ». Предоставлено: Реале и др. (2009), НАСА.

Nanoflare является очень небольшим эпизодическим событием , которое происходит нагрев в короне , внешняя атмосферу от Солнца .

Гипотеза о малых импульсных событиях нагрева как возможное объяснение нагрева короны была впервые предложена Томасом Голдом, а затем развита и названа «нановспышками» Юджином Паркером .

По словам Паркера, нановспышка возникает в результате магнитного пересоединения, которое преобразует энергию, накопленную в магнитном поле Солнца, в движение плазмы . Движение плазмы (рассматриваемое как движение жидкости) происходит на столь малых масштабах длины, что вскоре затухает за счет турбулентности, а затем из-за вязкости . Таким образом, энергия быстро преобразуется в тепло и проводится свободными электронами вдоль силовых линий магнитного поля ближе к месту включения нановспышки. Чтобы нагреть область очень сильного рентгеновского излучения на площади 1 "x 1", нано-вспышка 10 17 Дж должна происходить каждые 20 секунд, а 1000 нано-вспышек в секунду должны происходить в большой активной области 10 5. х 10 5 км 2 . Согласно этой теории, излучение от большой вспышки могло быть вызвано серией нановспышек, которые не наблюдались по отдельности.

Модель нановспышки долгое время страдала от недостатка данных наблюдений. Моделирование предсказывает, что нановспышки создают слабый горячий (~ 10 МК) компонент меры излучения. К сожалению, современные инструменты, такие как спектрометр для формирования изображения в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне на борту Hinode , недостаточно чувствительны к диапазону, в котором происходит это слабое излучение, что делает невозможным надежное обнаружение. Недавние данные, полученные с помощью зондирующей ракеты EUNIS, предоставили некоторые спектральные доказательства того, что плазма не вспыхивает при температурах около 9 МК в ядрах активной области.

Нановспышки и корональная активность

Типичные вспышки корональных петель, наблюдаемые TRACE в EUV-лучах

Телескопические наблюдения предполагают, что магнитное поле Солнца , которое теоретически «вморожено» в газ плазмы в фотосфере , расширяется до примерно полукруглых структур в короне. Эти корональные петли , которые можно увидеть на изображениях в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах (см. Рисунок слева), часто ограничивают очень горячую плазму с эмиссией, характерной для температуры от одного до нескольких миллионов градусов.

Многие флюсовые трубки относительно стабильны, как видно на мягких рентгеновских изображениях, и излучают с постоянной скоростью. Однако мерцания, просветления, небольшие взрывы, яркие точки, вспышки и массовые извержения наблюдаются очень часто, особенно в активных областях . Эти макроскопические признаки солнечной активности рассматриваются астрофизиками как феноменология, связанная с событиями релаксации напряженных магнитных полей, во время которых часть накопленной энергии выделяется в конечном итоге в кинетическую энергию частиц (нагревание); это может происходить через диссипацию тока, эффект Джоуля или любой из нескольких нетепловых плазменных эффектов.

Теоретические работы часто обращаются к концепции магнитного пересоединения для объяснения этих вспышек. Однако современное мышление предполагает, что вместо одного крупномасштабного эпизода такого процесса лучше всего было бы описать множество мелкомасштабных переподключений, каскадно соединяющихся друг с другом. Теория нановспышек предполагает, что эти события магнитного пересоединения, происходящие почти в одно и то же время на малых масштабах длины в любом месте короны, очень многочисленны, каждое из которых обеспечивает незаметно малую часть полной энергии, необходимой для макроскопического события. Эти нановспышки сами по себе могут напоминать очень крошечные вспышки, близкие друг к другу как во времени, так и в пространстве, эффективно нагревая корону и лежащие в основе многих явлений солнечной магнитной активности.

Эпизодический нагрев, часто наблюдаемый в активных областях , включая такие крупные события, как вспышки и выбросы корональной массы, может быть спровоцирован каскадными эффектами, подобными тем, которые описываются математическими теориями катастроф. В гипотезе о том, что солнечная корона находится в состоянии самоорганизованной критичности , напряжение магнитного поля должно увеличиваться до тех пор, пока небольшое возмущение не вызовет множество мелких нестабильностей, происходящих вместе, как это происходит в лавинах.

Одним из экспериментальных результатов, часто цитируемых в поддержку теории нановспышек, является тот факт, что распределение числа вспышек, наблюдаемых в жестком рентгеновском излучении, является функцией их энергии, следуя степенному закону с отрицательным спектральным индексом. Достаточно большой степенной индекс позволит мельчайшим событиям преобладать в общей энергии. В диапазоне энергий обычных вспышек индекс имеет значение примерно -1,8. Это не соответствует показателю степенного закона, который потребовался бы для поддержания нагрева солнечной короны в соответствии с гипотезой нановспышки. Для поддержания температуры, наблюдаемой в короне, требуется показатель степени больше -2.

Нановспышки и корональный нагрев

Линии солнечного магнитного поля

Проблема нагрева короны до сих пор не решена, хотя исследования продолжаются, и в солнечной короне были обнаружены другие свидетельства наличия нановспышек. Количество энергии, запасенной в солнечном магнитном поле, может составлять корональный нагрев, необходимый для поддержания плазмы при этой температуре и для уравновешивания корональных радиационных потерь .

Излучение - не единственный механизм потери энергии в короне: поскольку плазма сильно ионизирована, а магнитное поле хорошо организовано, теплопроводность является конкурентным процессом. Потери энергии из-за теплопроводности того же порядка, что и потери на излучение в короне. Энергия, выделяемая в короне, которая не излучается извне, возвращается к хромосфере по дугам. В переходной области, где температура составляет примерно 10 4 -10 5 К, потери на излучение слишком высоки, чтобы их можно было уравновесить с помощью какой-либо формы механического нагрева. Очень высокий температурный градиент, наблюдаемый в этом диапазоне температур, увеличивает проводящий поток, чтобы обеспечить облучаемую мощность. Другими словами, переходная область настолько крутая (температура увеличивается с 10kK до 1MK на расстоянии порядка 100 км), потому что теплопроводность из более горячей атмосферы должна уравновешивать высокие радиационные потери, как показано в многочисленных выбросах линии , которые образованы ионизированными атомами (кислород, углерод, железо и т. д.).

Солнечная конвекция может обеспечить необходимое отопление, но это еще не известно в деталях. На самом деле, до сих пор неясно, как эта энергия передается из хромосферы (где она может быть поглощена или отражена), а затем рассеивается в короне, а не в солнечном ветре. Кроме того, где именно это происходит? : в низкой короне или, главным образом, в верхней короне, где силовые линии магнитного поля открываются в космическую гелиосферу , заставляя солнечный ветер проникать в солнечную систему .

Важность магнитного поля признается всеми учеными: существует строгое соответствие между активными областями , где облучаемый поток выше (особенно в рентгеновских лучах), и областями сильного магнитного поля.

Проблема нагрева короны осложняется тем фактом, что различные особенности короны требуют очень разного количества энергии. Трудно поверить, что очень динамичные и энергетические явления, такие как вспышки и выбросы корональной массы, имеют один и тот же источник энергии со стабильными структурами, покрывающими очень большие области на Солнце: если нановспышки нагреют всю корону, то они должны быть распределены таким образом. равномерно, чтобы выглядеть как постоянный нагрев. Сами по себе вспышки - и микровспышки, которые при детальном изучении, кажется, имеют одну и ту же физику - очень прерывистые в пространстве и времени, и поэтому не имеют отношения к какому-либо требованию постоянного нагрева. С другой стороны, чтобы объяснить очень быстрые и энергичные явления, такие как солнечные вспышки, магнитное поле должно быть структурировано на расстояниях порядка метра.

Солнечная вспышка и корональный выброс массы ( СТЕРЕО )

Эти волны Альвеновские порожденные конвективных движений в фотосферы может пройти через хромосферы и переходной области , несущий поток энергии сравнима с таковой требуется для поддержания короны . Во всяком случае, периоды волновых потоков, наблюдаемые в высокой хромосфере и в нижней переходной области, составляют порядка 3-5 мин. Это время больше, чем время, необходимое альфвеновским волнам, чтобы пересечь типичную корональную петлю. Это означает, что большинство диссипативных механизмов могут обеспечить достаточно энергии только на удалении от солнечной короны. Более вероятно, что альфвеновские волны ответственны за ускорение солнечного ветра в корональных дырах .

Первоначально разработанная Паркером теория микровспышек является одной из тех, которые объясняют нагрев короны как диссипацию электрических токов, генерируемых спонтанной релаксацией магнитного поля в сторону конфигурации с более низкой энергией. Таким образом, магнитная энергия преобразуется в джоулев нагрев . Сплетение силовых линий корональных магнитных трубок вызывает события магнитного пересоединения с последующим изменением магнитного поля на малых масштабах длины без одновременного изменения силовых линий магнитного поля на больших масштабах длины. Таким образом можно объяснить, почему корональные петли стабильны и в то же время такие горячие.

Омическое рассеяние токами могло бы быть хорошей альтернативой для объяснения корональной активности. В течение многих лет магнитное пересоединение считалось основным источником энергии солнечных вспышек . Однако этот механизм нагрева не очень эффективен в больших токовых слоях , в то время как больше энергии выделяется в турбулентных режимах, когда нановспышки происходят на гораздо меньших масштабах, где нелинейными эффектами нельзя пренебречь.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки

  • Новости НАСА Крошечные вспышки ответственны за чрезмерное тепло солнечной атмосферы.