Výzkumy v ASU AV ČR (231): Rekonexe mezi nohami filamentu jako zdroj proudění podél arkád koronálního magnetického pole

Sluneční erupce (vzplanutí) jsou bez jakýchkoli pochybností těmi nejvýraznějšími projevy sluneční činnosti s rozsáhlými dopady na sluneční okolí, zemské těleso a jeho obaly nevyjímaje. Již několik desítek let je bezpečně známo, že podstatou slunečních vzplanutí je náhlé explozivní přepojení magnetického pole do energeticky výhodnější konfigurace. Přebytek energie je pak uvolněn v mnoha formách. Za dnes standardní jsou považovány modely zkonstruované před půl stoletím ve dvou rozměrech, které jsou obvykle uměle s větší či menší mírou úspěšnosti rozšiřovány do rozměru třetího. Z těchto rozšířených modelů vyplývá, že důležitou roli v procesu rekonexe magnetického pole hraje přítomnost magnetického provazce (někdy označovaného jako tokové lano). Pokud je provazec vyplněn plazmatem, pozorujeme v místě budoucí erupce filament.

Před deseti lety byl publikován model sluneční erupce ve 3D, který zcela přirozeně vysvětluje mnoho aspektů pozorovaných rekonexí a erupcí, jež unikaly vysvětlení pomocí učebnicového modelu. Tak například standardní model předpovídal existenci filamentu v jádru každého výronu hmoty do koróny, pozorování tento fakt nepodpořila. Dále erupční smyčky, které vznikají po rekonexi, ve skutečnosti kontrahují mnohem pomaleji než model předpovídá. Navíc ve vrcholové a graduální fázi se u některých kontrahujících erupčních smyček objevuje proudění látky do nižší atmosféry. Dnes víme, že je to proto, že různé erupční smyčky se stahují různými rychlostmi a za těmi rychlejšími přirozeně vzniká oblast s nižší hustotou, do níž pak zdánlivě proudí sluneční látka. Ani toto chování neumí učebnicový model vysvětlit.   

Jaroslav Dudík z ASU byl u vzniku modelu sluneční erupce ve 3D a přirozeně se tak věnuje jeho aplikacím na reálná pozorování dále. Model sluneční erupce ve 3D totiž připouští celou řadu nových geometrií rekonexí magnetického pole. Topologicky lze totiž v magnetickém poli rozlišit tři zcela odlišné situace: magnetické siločáry patří buď erupčnímu magnetickému provazci (označuje se písmenem r), arkádám smyček okolní koróny (písmeno a), nebo nově vytvořeným erupčním smyčkám (písmeno f). Standardní učebnicový model popisuje jen rekonexi typu aa-rf. Koronální smyčky s opačnou polaritou spolu interagují a vznikají magnetický provazec a erupční smyčky. Nicméně byly pozorovány i rekonexe mezi tokovým lanem a okolní korónou (to by byl typ ar-rf) nebo rekonexe provazce sama se sebou (typ rr-rf). Poslední naznačená geometrie je obzvláště zajímavá.

Tato situace totiž zřejmě nastala právě v události z 31. srpna 2021, která byla velmi detailně zachycena přístroji na kosmické observatoři Solar Dynamics Observatory. Klíčovým pro představovanou studii byl zejména přístroj Atmospheric Imaging Assembly, který pořizuje celodiskové snímky Slunce hned v deseti především ultrafialových kanálech s kadencí 12 sekund. Autoři práce tyto snímky ještě zpracovali různými matematickými metodami, aby v nich zdůraznili jednotlivé struktury odpovídající strukturám plazmatu uvězněného v magnetickém poli.

Celý proces vedoucí k erupci trval několik desítek minut, doprovázející vzplanutí také patřilo mezi ty delší. Na sekvenci snímků je velice dobře patrná celá řada procesů a pohybů jednotlivých struktur vůči sobě, celému zornému poli však jasně dominoval masivní filament. Ten se aktivoval a postupně se v atmosféře zvedal. Noha filamentu ukotvená v kladné polaritě fotosférického magnetického pole se rozšířila a rozštěpila na dvě části. S postupem erupce je jedna z těchto části společně s druhou nohou filamentu ukotvenou v záporné polaritě magnetického pole natažena ven z oblasti a obě nohy se potkají deset minut před osmou hodinou světového času. Následně se část kladné nohy ohýbá a pohybuje se na sever, směrem k záporné noze. O dvacet minut později je patrná zjevná interakce mezi těmito strukturami až v 20:26 UT struktura kladné nohy prochází do nohy záporné a trhá ji. Roztržená záporná noha se nad přicházející kladnou otevírá v arkádovité struktuře, zatímco nižší části mizí. Mezitím i struktura pohybující se části kladné nohy zaniká.

Existence vzniklé arkády naznačuje, že skutečně byla pozorování rekonexe mezi dvěma nohami filamentu, tedy právě geometrie rr-af. Vývoj v oblasti se tím však nezastavil, i druhá část kladné nohy se totiž vydává směrem na sever a kolem 21. hodiny světového času interaguje s pozůstatky negativní části. Během tohoto procesu obě struktury významně oslabují a kolem 21:45 UT už nejsou vůbec pozorovatelné.

Ve všech případech interakce noh filamentů se v jejich bezprostředním okolí objevilo proudění do nižší atmosféry podél zastřešující arkády (tzv. supra-arcade downflow, SAD). SAD se objevilo vždy krátce po interakci, souvislost mezi těmito jevy tedy nemůže být uplně náhodná. Průzkumem dalších patnácti podobných událostí s výskytem SAD zaznamenaných přístrojem AIA bylo zjištěno, že je tato situace zřejmě běžná.

Ukazuje se tedy, že rekonexe typu rr-rf může probíhat po delší dobu a způsobuje významné změny ve vývoji filamentu a zřejmě i následného výronu hmoty do koróny. Tento typ rekonexe je také zřejmě přirozeně doprovázena výskytem proudění do nižší koróny podél smyček arkády.

REFERENCE

J. Dudík, G. Aulanier, J. Kašparová a kol., Filament Leg-Leg Reconnection as a Source of Prominent Supra-arcade Downflows, Astrophysical Journal Letters 937 (2022) id.L10, preprint arXiv:2209.00306

KONTAKT

doc. RNDr. Jaroslav Dudík, PhD.
jaroslav.dudik@asu.cas.cz
Sluneční oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Sluneční oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.