Dok su mnoge studije upoređivale magnetna svojstva zatvorenih i eruptivnih solarnih baklji, malo njih je razmatralo termodinamička svojstva ograničenih baklji i još manje u poređenju sa eruptivnim.
Marija Kazačenko, docent na Odseku za astrofizičke i planetarne nauke Univerziteta Kolorado Boulder, jedna je od retkih koja je istraživala ovu temu. U radu objavljenom u The Astrophisical Journal i predstavljenom na AAS Nova, sprovela je studiju kojom je kvantifikovala termodinamička i magnetna svojstva stotina solarnih baklji.
Solarne baklje su ogromne eksplozije elektromagnetnog zračenja sunca. One se dešavaju kada se energija uskladištena u magnetnim poljima, obično iznad sunčevih pega, iznenada oslobodi. Neke baklje uključuju izbacivanje koronalne mase (CME), pri čemu se ogromna količina naelektrisanih čestica, ili plazme, izbacuje.
Neki od rezultata studije potvrđuju nalaze ranijih istraživanja. Međutim, rad takođe uključuje nove informacije koje sugerišu da ograničene baklje, ili baklje bez povezanog CME, mogu biti efikasnije u ubrzavanju čestica, a samim tim i u proizvodnji jonizujućeg zračenja.
Sunčeve baklje su uzrokovane sunčevim magnetnim poljima, koja su najjača u tamnim oblastima koje se nazivaju sunčeve pege. Kada su neaktivna, ova polja izgledaju kao petlje. Međutim, kada podzemni tokovi Sunca počnu da smiču i uvijaju sunčeve pege za koje su vezane, magnetna polja takođe postaju uvrnuta.
„Mogli biste to zamisliti kao gumicu koju počnete da uvijate“, objašnjava Kazačenko. „U nekom trenutku, isečete ga, a zatim … energija će se osloboditi i dobićete škljocaj na ruci.“
Kao što se elastična energija gumene trake oslobađa kada se preseče, deo magnetne energije sunca se oslobađa tokom procesa koji se naziva magnetno ponovno povezivanje. Magnetno ponovno povezivanje može imati različite oblike, ali „jedna od najjednostavnijih konfiguracija“, kaže Kazačenko, „je kada imate dve suprotno usmerene poljske linije koje se guraju jedna protiv druge… magnetna polja mogu iznenada promeniti svoju konfiguraciju i osloboditi ogromnu količinu energije , slično gumenim trakama koje se iznenada preseku.“
Slobodna magnetna energija koja se oslobađa tokom magnetnog ponovnog povezivanja čuva se u strujama plazme. Električne struje proizvode magnetna polja, kao što se vidi u elektromagnetima, a naelektrisane čestice koje se kreću unutar sunčeve plazme funkcionišu na sličan način.
Dok su neke solarne baklje povezane sa CME, gde se plazma izbacuje iz solarne atmosfere u svemir, druge nisu. Ako je solarna baklja povezana sa CME, smatra se eruptivnom; ako nema pridruženi CME, smatra se ograničenim. Međutim, razlika između njih je dublja od toga, jer mehanizmi koji određuju da li je baklja ograničena ili eruptivna mogu takođe odlučiti koliko brzo će se magnetna polja ponovo povezati i koliko će jakog rendgenskog i gama zračenja emitovati.
Kao što im ime govori, ograničene baklje ne mogu da pobegnu iz sunčeve atmosfere zbog ograničavajućih uticaja. Ovi uticaji, poznati kao polja vezivanja, takođe su magnetni. Iz tog razloga, aktivni regioni sa većim magnetnim fluksom takođe imaju jača polja vezivanja i stoga je manja verovatnoća da će biti eruptivna.
Prema Kazačenkovoj, ovo objašnjava zašto su ograničene baklje koje je proučavala imale višu temperaturu i bile su podvrgnute ponovnom povezivanju brže od eruptivnih baklji istog najvećeg fluksa rendgenskih zraka: „U ograničenim bakljima, ponovno povezivanje se dešava niže jer imate veoma jaku traku polje aktivnog regiona koje ne dozvoljava strukturi da ide gore … polja su jača niže, tako da se ponovno povezivanje odvija mnogo brže.“
Iako značaj bržeg ponovnog povezivanja možda nije odmah očigledan, istraživački rad objašnjava: „Kako veće stope ponovnog povezivanja dovode do ubrzanijih jona i elektrona, velike ograničene baklje mogu biti efikasnije u proizvodnji jonizujućeg elektromagnetnog zračenja od eruptivnih baklji.
Ovo ne znači da se više energije oslobađa tokom ponovnog povezivanja ograničene baklje; u stvari, eruptivne baklje imaju istu količinu ponovo povezanog fluksa kao i ograničene baklje. Umesto toga, pošto se energija brže oslobađa u ograničenim bakljima, one mogu efikasnije da ubrzaju jone i elektrone iz sunčeve plazme.
Kada je u pitanju svemirsko vreme, CME i geomagnetne oluje koje mogu izazvati često dobijaju najveću pažnju. Ovo je iz dobrog razloga: iako je retko da CME stignu do Zemlje, posledice su strašne kada dođu.
U najgorem slučaju, geomagnetna oluja bi oštetila ili uništila električnu opremu za prenos, što bi izazvalo nestanak struje velikih razmera. Pored toga, takva oluja bi poremetila određene vrste komunikacije, oštetila satelitski hardver i izložila astronaute i avijatičare na velikim visinama potencijalno smrtonosnom zračenju. Iako su ovo samo predviđanja, dokazi za njih su delimično zasnovani na geomagnetnoj oluji iz 1859. godine, koja je imala izražene efekte, uzrokujući varničenje i požare na telegrafskim stanicama.
Istraživanja poput Kazačenkovog doprinose širem razumevanju kako funkcionišu solarne baklje, što bi jednog dana moglo omogućiti naučnicima da preciznije predvide kada će se desiti i stoga izbegnu najgore posledice geomagnetne oluje dajući ljudima vremena da preduzmu preventivne mere. Međutim, njene studije imaju i šire implikacije.
„Šta se dešava na drugim zvezdama?“ – pita se Kazačenko. „Ima li tamo baklji? Ima li tamo CME? Iz nedavnih studija, čini se da tamo ima na hiljade baklji, ali CME, izbacivanje koronalne mase, je veoma teško odrediti.“
Iako je moguće da zvezde poput Sunca redovno prolaze kroz CME i da naučnici i istraživači jednostavno nisu bili u mogućnosti da otkriju većinu njih, trenutni dokazi sugerišu da ograničene baklje igraju veću ulogu u svemirskom vremenu drugih solarnih sistema nego u ovom jedan. Iz tog razloga, naizgled manje uticajna vrsta sunčeve baklje može odrediti da li su egzoplanete pogodne za stanovanje – što je veliki interes za astronome koji traže egzoplanete koje su pogodne za kolonizaciju.
„Dakle, to je veoma fundamentalno pitanje, i za bezbednost naše opreme, ali i za razumevanje drugih planeta“, kaže Kazačenko.
Dok je Kazačenko otkrio jedinstveno svojstvo ograničenih solarnih baklji, ima još posla koji treba da se uradi, kaže ona. Njena studija sugeriše da ograničene baklje ponovo povezuju magnetna polja brže i potencijalno ubrzavaju naelektrisane čestice efikasnije od onih eruptivnih, ali svojstva ovih čestica su izvan njenog opsega.
Trebalo bi da postoji dodatna studija, kaže Kazačenko. „Gde zaista pogledate statističku populaciju ubrzanja čestica u obe grupe baklji… ali mislim da je tu budućnost: posmatranje ne samo jednog pojedinačnog događaja sa visokim detaljima, već i korišćenje ovih neverovatnih zapažanja koje sada imamo od mnogo različitih satelita koji tamo lete, poput novog satelita koji su lansirale NASA i Evropska svemirska agencija pod nazivom Solar Orbiter.“
