Торнадо на солнце : Солнечные Вихри Плазмы Высотой 30 000 Километров
Солнце, наша ближайшая звезда, не перестаёт удивлять учёных своими динамическими и мощными явлениями. Одно из самых захватывающих — солнечные торнадо, гигантские вихри раскалённой плазмы, достигающие высоты около 30 000 километров. Эти структуры, напоминающие земные смерчи, но превосходящие их по масштабам и энергии, представляют собой сложные плазменные образования, формирующиеся в атмосфере Солнца.
Tornado on the Sun about 30 thousand kilometers high#toronto #sun #spaceweather pic.twitter.com/c8t6isbroq
— City Weather (@ukcityweather) July 15, 2025
Что такое солнечные торнадо?
Солнечные торнадо — это вихревые структуры из горячей плазмы, формирующиеся в солнечной атмосфере, преимущественно в хромосфере и короне. Эти гигантские вихри достигают высоты до 30 000 километров, что в несколько раз превышает диаметр Земли (около 12 742 км). Они состоят из ионизированного газа (плазмы), движущегося по спиралевидным траекториям под воздействием магнитных полей.
В отличие от земных торнадо, которые представляют собой атмосферные вихри воздуха, солнечные торнадо — это плазменные структуры, нагретые до миллионов градусов Кельвина. Их диаметр может составлять от сотен до тысяч километров, а продолжительность существования варьируется от нескольких часов до дней.
Солнечные торнадо чаще всего связаны с активными регионами на Солнце, где магнитные поля особенно сильны и сложны. Они формируются вблизи солнечных пятен или в областях с интенсивными магнитными петлями, где плазма закручивается под действием магнитных сил. Эти вихри визуально напоминают земные торнадо благодаря спиралевидному движению, но их физическая природа кардинально отличается.
Почему солнечные торнадо возможны?
Солнечные торнадо возникают благодаря уникальным условиям в солнечной атмосфере, где доминируют магнитные поля и плазма. Солнце состоит из полностью ионизированного газа, который подчиняется законам магнитогидродинамики (МГД). Основные факторы, делающие солнечные торнадо возможными:
Магнитные поля: Солнце обладает мощным магнитным полем, генерируемым в его недрах за счёт динамо-процесса. В активных регионах магнитные линии переплетаются, создавая сложные структуры, такие как магнитные петли. Когда эти линии перекручиваются или сталкиваются, они могут порождать вихревое движение плазмы.
Дифференциальное вращение: Солнце вращается быстрее на экваторе, чем на полюсах, что создаёт сдвиговые течения в плазме. Эти течения способствуют закручиванию магнитных полей, формируя вихри.
Конвективные процессы: В недрах Солнца происходят мощные конвективные движения, которые переносят горячую плазму к поверхности. Эти потоки взаимодействуют с магнитными полями, усиливая турбулентность и способствуя образованию вихрей.
Нагрев короны: Солнечная корона, где чаще всего наблюдаются торнадо, нагрета до 1–2 миллионов Кельвинов. Это создаёт условия для быстрого движения плазмы вдоль магнитных линий, формируя вихревые структуры.
Таким образом, солнечные торнадо — это результат сложного взаимодействия магнитных полей, плазменных потоков и вращения Солнца. Их существование подтверждает, насколько динамичной и турбулентной является солнечная атмосфера.
Как наблюдаются солнечные торнадо?
Солнечные торнадо наблюдаются с помощью современных космических телескопов и солнечных обсерваторий, оснащённых инструментами для анализа ультрафиолетового (УФ) и рентгеновского излучения. Основные методы и инструменты:
Космические обсерватории: Солнечная динамическая обсерватория (SDO) NASA и зонд Solar Orbiter (ESA) предоставляют высококачественные изображения в УФ- и рентгеновском диапазонах. Инструмент Atmospheric Imaging Assembly (AIA) на SDO фиксирует движение плазмы в короне, позволяя визуализировать вихревые структуры.
Спектроскопия: Спектрометры, такие как Extreme Ultraviolet Imaging Spectrometer (EIS) на спутнике Hinode, измеряют доплеровские сдвиги в спектральных линиях, что позволяет определить скорость и направление движения плазмы в торнадо.
Радионаблюдения: Радиотелескопы, такие как ALMA, фиксируют излучение от солнечной хромосферы, помогая изучать нижние части вихрей.
Моделирование: Астрофизики используют МГД-модели для реконструкции динамики торнадо на основе наблюдений. Эти модели помогают понять, как магнитные поля и плазма взаимодействуют в вихрях.
Солнечные торнадо лучше всего видны в линиях излучения ионизированного железа (Fe XII, Fe XV), которые соответствуют температурам короны. Их спиралевидное движение и высота до 30 000 км делают их заметными на фоне более спокойных участков короны.
Сравнение с земными торнадо
Хотя солнечные и земные торнадо имеют визуальное сходство из-за вихревого движения, их природа и масштабы радикально отличаются:
Состав: Земные торнадо состоят из воздуха и водяного пара, тогда как солнечные торнадо — это потоки ионизированной плазмы, нагретой до миллионов градусов.
Масштаб: Земной торнадо обычно имеет диаметр 50–500 метров и высоту до 10 км, тогда как солнечные торнадо достигают 30 000 км в высоту и до 10 000 км в диаметре.
Энергия: Земные торнадо генерируют ветры до 500 км/ч (F5 по шкале Фудзиты), но их энергия ничтожна по сравнению с солнечными торнадо, где плазма движется со скоростями до 1000 км/с и выделяет энергию, эквивалентную миллиардам мегатонн тротила.
Продолжительность: Земные торнадо длятся от минут до часов, солнечные — от часов до нескольких дней.
Механизм: Земные торнадо возникают из-за атмосферной нестабильности и сдвига ветра, солнечные — из-за магнитных полей и плазменных течений.
Единственное сходство — спиралевидное движение, но солнечные торнадо действуют в условиях невесомости и экстремальных температур, что делает их феноменом совершенно иного порядка.
Сколько раз фиксировали солнечные торнадо?
Солнечные торнадо начали активно изучать с развитием космических наблюдений в конце XX века. Первые чёткие изображения были получены в 1990-х годах с помощью спутника SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). С тех пор:
SOHO (1995–н.в.): Зафиксировал сотни вихревых структур в короне, хотя не все классифицировались как торнадо.
SDO (2010–н.в.): С 2010 года AIA фиксирует десятки солнечных торнадо ежегодно, особенно в периоды солнечного максимума (например, в 2024–2025 годах, 25-й солнечный цикл).
Solar Orbiter и Hinode: Эти миссии добавили сотни наблюдений, подтвердив, что торнадо чаще возникают в активных регионах во время пиков солнечной активности.
По оценкам, с 2000 года зафиксировано более 1000 солнечных торнадо, хотя точное число зависит от критериев классификации. В 2025 году, вблизи солнечного максимума, их частота увеличилась, и миссии, такие как SDO, регистрируют 2–5 событий в месяц.
Влияние на магнитные бури
Солнечные торнадо играют важную роль в динамике солнечной активности и могут косвенно влиять на магнитные бури на Земле. Их связь с магнитосферой Земли обусловлена следующими процессами:
Выбросы массы: Торнадо часто сопровождаются корональными выбросами массы (CME), когда плазма и магнитные поля выбрасываются в межпланетное пространство. Если CME направлен к Земле, он может вызвать геомагнитную бурю.
Магнитное пересоединение: Вихревые движения в торнадо могут провоцировать пересоединение магнитных линий, высвобождая энергию и усиливая солнечные вспышки. Эти вспышки, особенно класса X или M, часто предшествуют магнитным бурям.
Ускорение частиц: Торнадо могут ускорять заряженные частицы, которые, достигая Земли, взаимодействуют с магнитосферой, вызывая полярные сияния и перебои в радиосвязи.
Однако не все солнечные торнадо приводят к магнитным бурям. Их влияние зависит от масштаба, ориентации магнитного поля и траектории CME. В 2025 году, с пиком 25-го солнечного цикла, торнадо способствуют учащению слабых и умеренных бурь (уровня G1–G2 по шкале NOAA), хотя сильные бури (G3–G5) чаще связаны с крупными CME.
Солнечные торнадо — это грандиозные вихри плазмы, достигающие 30 000 километров в высоту и демонстрирующие невероятную мощь магнитных полей Солнца. Их существование обусловлено сложной динамикой плазмы и магнитных полей, а наблюдения с помощью SDO и Solar Orbiter раскрывают их природу.
В сравнении с земными торнадо они колоссальны по масштабам и энергии, но их редкость и сложность делают их уникальным объектом исследования. Зафиксированные сотни раз, солнечные торнадо продолжают удивлять учёных, а их связь с магнитными бурями напоминает нам о влиянии Солнца на Землю. Следите за данными от NASA и ESA, чтобы оставаться в курсе новых открытий об этих космических вихрях.
Источники
NASA Solar Dynamics Observatory (SDO): данные AIA и HMI.
ESA Solar Orbiter: наблюдения короны.
NOAA Space Weather Prediction Center: данные о магнитных бурях.
EUMETSAT: спутниковые изображения и модели.
Глеб Перов — основатель и главный синоптик сервиса ПОГОДНИК, ведущего метеорологического проекта в Восточной Европе. Имеет более 15 лет практического опыта в области метеорологии и климатического анализа, сотрудничал с государственными и частными погодными службами. Автор многочисленных научно-популярных и аналитических публикаций о климате, магнитных бурях и атмосферных процессах. Постоянно сотрудничает с международными метеоагентствами — NOAA, ECMWF.
