Aktywność Słońca zmienia się regularnie i tworzy „pogodę kosmiczną”. Teraz zespół badawczy dokonał zaskakującego odkrycia.

Słońce to coś więcej niż tylko lampa grzewcza dla Ziemi. Nieustannie wyrzucają w naszą stronę strumienie cząstek słonecznych, a czasem potężne skupiska materiału słonecznego, które mogą wstrząsnąć naszą planetą. Teraz naukowcy odkryli kolejny element układanki, który może być przyczyną intensywnej aktywności słonecznej, która może zbombardować Ziemię i zakłócić naszą technologię. Według ostatnich badań brakujący element układanki może być powiązany z niezwykłymi wzorami wysokiej energii emanującej z powierzchni Słońca.

Przyzwyczailiśmy się słyszeć o promieniach ultrafioletowych słońca, przed którymi chronimy się stosując filtry przeciwsłoneczne. Słońce emituje również znacznie silniejsze promienie gamma, najbardziej energetyczne fale w widmie elektromagnetycznym. Każdy foton promieniowania gamma zawiera miliard razy więcej energii niż foton ultrafioletu.

Niektóre obszary Słońca emitują silniejsze promieniowanie gamma

Promienie gamma nie mają bezpośredniego wpływu na ludzi na powierzchni Ziemi, ponieważ fotony są pochłaniane przez atmosferę. Naukowcy badają jednak, czy niektóre z tych bardzo wysokoenergetycznych promieni są spowodowane aktywnością słoneczną, np. potężnymi rozbłyskami słonecznymi. Takie potężne zdarzenia mogą wytworzyć „pogodę kosmiczną”, która może uderzyć w Ziemię, unieruchomić satelity i zniszczyć kolej lub systemy energetyczne.

Przewidywanie ekstremalnych zdarzeń słonecznych stanowiłoby ogromny postęp w naszej wiedzy o Słońcu, podobnie jak przewidywanie trzęsienia ziemi, zanim ono nastąpi.

W niedawnym badaniu naukowcy odkryli, że niektóre obszary Słońca emitują silniejsze promieniowanie gamma niż inne, co jest zaskakującym odkryciem, ponieważ modele sugerowały wcześniej, że promieniowanie gamma powinno być jednolite na całym Słońcu. Najnowsze badania wykazały, że bieguny Słońca emitują największe promieniowanie w momentach, gdy odwracają się północne i południowe pola magnetyczne Słońca.

„Chodzi o posiadanie lepszych narzędzi do przewidywania aktywności słonecznej” – powiedział Bruno Arseoli, współautor i badacz na Uniwersytecie w Lizbonie i Uniwersytecie w Trieście. „Być może uda nam się wykorzystać te nowe informacje uzyskane z bardzo wysokich energii, aby pomóc naszym modelom przewidzieć zachowanie Słońca”.

Naukowcy twierdzą, że logika naukowa stojąca za tym dziwnym ustawieniem pozostaje tajemnicą. Jednak pole magnetyczne Słońca prawdopodobnie odwróci się w ciągu najbliższego roku lub dwóch, umożliwiając naukowcom monitorowanie tego dziwnego zjawiska w czasie rzeczywistym i gromadzenie większej ilości danych w celu wyjaśnienia tego zjawiska.

Spójrz pod powierzchnię słońca

Promienie gamma są królami energii. Tworzą je najbardziej aktywne obiekty w naszym wszechświecie, m.in. B. Od eksplozji supernowych lub gwiazd neutronowych. Wybuchy nuklearne i błyskawice na Ziemi również mogą wytwarzać promienie gamma. Słońce może również emitować promienie gamma na różne sposoby. Kiedy erupcja Słońca wyrzuca ze swojej powierzchni gaz i plazmę, mogą zostać wyemitowane również promienie gamma, choć o stosunkowo niewielkiej ilości energii.

Największe źródło słonecznego promieniowania gamma występuje, gdy w Słońce uderzają wysokoenergetyczne cząstki emitowane przez supernowe i gwiazdy neutronowe we wszechświecie, zwane promieniami kosmicznymi. Kiedy naładowana cząstka kosmiczna uderza w Słońce, zostaje przekierowana przez pole magnetyczne Słońca i pojawia się ponownie. Po drodze zderza się z gazem na powierzchni Słońca i wzbudza cząsteczki słoneczne do postaci fotonów promieniowania gamma.

Według astrofizyka Tima Lindena ta konwersja promieni gamma zachodzi prawdopodobnie od 100 do 1000 kilometrów pod powierzchnią Słońca, gdzie pole magnetyczne jest wystarczająco silne, aby przekierować promienie kosmiczne. „Dzięki promieniowaniu gamma w Słońcu możemy zobaczyć kilka tysięcy kilometrów głębiej” – powiedziała Linden, astrofizyk z Uniwersytetu w Sztokholmie, który nie był zaangażowany w nowe badania. „To mogłoby nam dać wyobrażenie o tym, co dzieje się na dużych głębokościach pod powierzchnią Słońca”.

Zaskakujące odkrycie – „Nie spodziewaliśmy się tego”

Aktywność słońca nie jest stała. Co 11 lat nasza gwiazda macierzysta przechodzi zmianę kostiumu, gdy jej magnetyczne bieguny północne i południowe zamieniają się miejscami, co nazywa się cyklem słonecznym. Wraz ze zmianą biegunów zmienia się także aktywność na powierzchni Słońca. Na początku cyklu Słońce jest najmniej aktywne, co nazywa się minimum słonecznym, a w środku cyklu, kiedy bieguny magnetyczne formalnie się odwracają, jest najbardziej aktywne, zwane maksimum słonecznym. Oczekuje się, że w przyszłym roku słońce osiągnie swoją maksymalną intensywność.

W nowym badaniu naukowcy wykorzystali dane z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Promieni Gamma Fermi do zbadania, jak zmienia się promieniowanie gamma Słońca w trakcie całego cyklu słonecznego. Odkryli, że promieniowanie gamma było najsilniejsze na biegunach Słońca, gdy aktywność słoneczna osiągnęła szczyt w trakcie cyklu, co zbiegło się z formalnym odwróceniem pól magnetycznych. „Nie spodziewaliśmy się tego” – mówi Arceoli. „To po prostu coś nowego, co odkrywamy na temat Słońca”.

Linden dodała, że ​​to odkrycie było zaskakujące, ponieważ faktyczna siła pola magnetycznego Słońca zmienia się niewiele w ciągu 11 lat. Podczas szczytowej aktywności pole magnetyczne Słońca staje się bardziej burzliwe, co prowadzi do większej aktywności, takiej jak rozbłyski i eksplozje na powierzchni, ale ogólna siła niekoniecznie ulega zmianie.

Nasze modele słońca wymagają przeglądu

„Nikt nie miał modelu, który mówiłby, że pewne części Słońca są jaśniejsze od innych w zależności od cyklu słonecznego” – stwierdziła Linden, ale poprzednie badania wykazały niezwykły wzór. Poprzednie badanie wykazało, że niektóre obszary słońca są jaśniejsze od innych, ale w nowym badaniu przeanalizowano tendencje bardziej szczegółowo.

Teraz modele i zrozumienie energii gamma naszego Słońca wymagają rewizji. Arseoli powiedział, że promienie gamma można powiązać ze składem i aktywnością magnetyczną Słońca, ponieważ ta wypaczona struktura pojawia się w czasie, gdy Słońce przechodzi swój cykl magnetyczny.

Elena Orlando, autorka badania i badaczka na uniwersytetach w Trieście i Stanford, powiedziała, że ​​dokładne wyjaśnienie pozostaje tajemnicą. Jednym z pomysłów może być to, że promienie kosmiczne uderzają w różne obszary podczas maksimum słonecznego. A może jest coś szczególnego w biegunach podczas maksimum słonecznego, co przyciąga więcej promieni kosmicznych. Ale może być też zupełnie inna interpretacja. „To sugeruje, że promienie gamma zawierają informacje o aktywności Słońca” – mówi Arseoli. „To otwiera nowy obszar badań dla tego stowarzyszenia”.

Potencjalne narzędzie do przewidywania aktywności słonecznej

Przewidywanie ekstremalnego zdarzenia słonecznego jest jak przewidywanie trzęsienia ziemi. Procesy podpowierzchniowe zaczynają się zmieniać i mogą prowadzić do aktywności na powierzchni, ale trudno dokładnie przewidzieć, kiedy i gdzie. „To badanie poszerza naszą wiedzę na temat dokładnego miejsca powstania promieni gamma na powierzchni Słońca” – mówi fizyk cząstek Mihr On Nisa, który nie był zaangażowany w badania. Poprzednie badania wskazywały, że promieniowanie gamma nie jest równomiernie rozłożone na Słońcu, ale jest to pierwsze badanie, które pokazuje zmianę podczas szczytowej aktywności słonecznej.

Orlando powiedział, że promieniowanie gamma może pomóc we wczesnym spojrzeniu na procesy zachodzące na powierzchni i dostarczyć wskazówek na temat ogólnego stanu Słońca. Zatem wzrost promieniowania gamma na biegunach może być oznaką zmiany pola magnetycznego Słońca i wzrostu aktywności słonecznej, co może prowadzić do większej liczby rozbłysków słonecznych, które mogą uderzyć w Ziemię.

Przyszłe badania mogłyby również zbadać, jak zmienia się promieniowanie gamma, zanim nastąpi duży rozbłysk słoneczny, powiedział Linden i być może wykorzystać te obserwacje jako narzędzie prognostyczne – podobnie jak warunki pogodowe są wykorzystywane do określenia, czy na Ziemi będzie padać deszcz.

„Te same pola magnetyczne odpowiedzialne za modulowanie cząstek wysokoenergetycznych wytwarzających promienie gamma są również odpowiedzialne za przypływy i odpływy pogody kosmicznej” – powiedziała Nyssa. „Bez względu na to, czy pogoda kosmiczna zakłóca życie, badanie fizyki naszej najbliższej gwiazdy jedynie poszerzy naszą wiedzę o naszym miejscu we wszechświecie.

Obecnie testujemy tłumaczenia maszynowe. Ten artykuł został automatycznie przetłumaczony z angielskiego na niemiecki.

Ten artykuł został po raz pierwszy opublikowany w języku angielskim 21 kwietnia 2024 r. na stronie „Washingtonpost.com” ukazało się w ramach współpracy, a teraz jest dostępne także w tłumaczeniu dla czytelników portali IPPEN.MEDIA.