Flarepurkaus Auringossa alkaa kuin lumivyöry

KAK – ESA tiedote 21.1.2026

Aivan kuten lumivyöryt lumimyrskyillä alkavat pienen lumimäärän liikkumisesta, ESA:n johtama Solar Orbiter -avaruusalus on havainnut, että flarepurkauksen laukaisevat alun perin heikot häiriöt, jotka nopeasti muuttuvat voimakkaimmiksi. Tämä nopeasti kehittyvä prosessi luo ”satavia” plasmamöykkyjä, jotka putoavat edelleen myös flaren laantumisen jälkeen.

Solar Orbiterin korkean resoluution kuvat paljastavat yksityiskohtaisesti 30. syyskuuta 2024 tapahtuneen voimakkaan flarepurkauksen aiheuttaneen ”magneettisen lumivyöryn” prosessin.

Tämä video zoomaa sekavaan X-muotoiseen magneettikentän linjojen kokoonpanoon, joka on yhteydessä tummaan filamenttiin (ei näkyvissä tässä lähikuvassa), joka lopulta tuottaa flaren. Mittakaavapalkki osoittaa etäisyyden 2 Mm (2000 km, noin kuudesosa Maan halkaisijasta).

Vasemmalla olevassa kehyksessä näkyy korkean resoluution kuva. Oikealla olevassa kehyksessä näkyy "juokseva ero" -sekvenssi, joka korostaa paremmin kirkkauden muutoksia. Se on tehty vähentämällä yksi kuva sekvenssistä seuraavasta kuvasta siten, että vain kahden kehyksen välillä muuttunut osa erottuu kirkkaampana (uusi rakenne tai alue, joka on kirkastunut) tai tummempana (materiaali, joka on siirtynyt pois tai haalistunut) pikselinä.

Vaikuttavaa on, että kuvissa näkyy, että uusia magneettikentän säikeitä ilmestyy jokaiseen kuvakehykseen – eli kahden sekunnin välein tai jopa useammin.

Jokainen säie on magneettisesti sidottu, ja ne kiertyvät toisiinsa kuin köydet. Sitten, aivan kuin lumivyöry, alue muuttuu epävakaaksi. Kiertyneet säikeet alkavat rikkoutua ja yhdistää uudelleen, mikä laukaisee nopeasti ketjureaktion, joka lisää alueen epävakautta. Tämä aiheuttaa yhä voimakkaampia uudelleenliittymisilmiöitä ja energian ulosvirtauksia, jotka näkyvät kuvissa kirkkauden lisääntymisenä.

 

Flarepurkaukset ovat voimakkaita räjähdyksen kaltaisia ilmiöitä Auringossa. Ne syntyvät, kun magneettikenttiin varastoitunut energia vapautuu yhtäkkiä uudelleenkytkennäksi kutsutulla prosessissa. Muutamassa minuutissa vastakkaisen suunnan magneettikentän vuoviivat katkeavat ja sitten yhdistyvät uudelleen. Äskettäin uudelleenkytkeytyneet kenttäviivat voivat kuumeta miljoonan asteen lämpötilaan. Samalla plasma ja jopa korkean energian hiukkaset poistuvat uudelleenkytkentäpaikasta, mikä aiheuttaa näkyvän flarepurkauksen.

Voimakkaimmat flarepurkaukset voivat käynnistää reaktioketjun, joka johtaa geomagneettisiin myrskyihin maapallolla, satelliittien vaurioitumisiin ja radiokatkoksiin. Tästä syystä flarepurkausten seuraaminen ja ymmärtäminen on niin tärkeää.

Flarepurkausten synty ja eteneminen tunnetaan hyvin suuressa mittakaavassa. Mutta hienorakeiset yksityiskohdat siitä, miten tämä valtava määrä energiaa vapautuu niin nopeasti, ovat jääneet heikosti ymmärretyiksi. Uudet Solar Orbiter -luotaimen tekemät havainnot neljällä havaintoinstrumenteilla mahdollistavat kattavamman flarepurkausten kuvauksen mitä koskaan on tehty.

Solar Orbiterin Extreme Ultraviolet Imager (EUI) -kuvantimesta saatuja korkean resoluution kuvia zoomattiin vain muutaman sadan kilometrin kokoisia kohteita Auringon kromosfäärissä ja koronassa. Kuvannin otti uuden kuvan kahden sekunnin välein.

Kolme muuta instrumenttia – SPICE, STIX ja PHI – analysoivat erilaisia syvyyksiä ja lämpötilajärjestelmiä koronasta Auringon näkyvään pintaan, jota kutsutaan fotosfääriksi. Tärkeää on, että havainnot antoivat tutkijoille mahdollisuuden seurata tapahtumien kertymistä, jotka johtivat flareen noin 40 minuutin aikana.

"Olimme todella onnekkaita, kun saimme nähdä tämän suuren flarepurkauksen esiasteet niin kauniisti ja yksityiskohtaisesti", sanoo Pradeep Chitta Max Planck -aurinkokuntatutkimusinstituutista Göttingenistä, Saksasta. Hän on artikkelin pääkirjoittaja.

"Tällaisia yksityiskohtaisia, tiheästi toistuvia flarepurkauksen havaintoja ei ole mahdollista tehdä jatkuvasti, koska havaintoikkunat ovat rajallisia ja tällaiset tiedot vievät paljon muistia avaruusaluksen tietokoneelta. Olimme todella oikeassa paikassa oikeaan aikaan, jotta pystyimme havaitsemaan tämän auringonpurkauksen pienimmätkin yksityiskohdat."

Magneettinen lumivyöry

Kun EUI alkoi tarkkailla aluetta 30. syyskuuta 2024 kello 23.06 UT, noin 40 minuuttia ennen huippusoihtuaktiivisuutta, siellä oli jo olemassa tummana näkyvä kaaren kaltainen ”filamentti” kiertyneestä magneettivuosta ja plasmasta, ja joka oli jo yhdistyneitä asteittain kirkastuvien magneettikenttälinjojen ristinmuotoiseen rakenteeseen. Jokaisessa uudessa kuvassa näkyy uusia magneettivuon säikeitä. Jokainen säie on magneettisesti suljettu, ja ne kiertyvät, kuten köydet.

Sitten, aivan kuten tyypillisessä lumivyöryssä, alue muuttuu epävakaaksi. Kiertyneet magneettiset säikeet alkavat katkeilla ja kytkeytyä uudelleen, mikä aiheutti nopeasti lisää epävakautta alueella. Tämä loi asteittain voimakkaampia uudelleenkytkentätapahtumia ja energian ulosvirtauksia, joita pidetään äkillisinä ja lisääntyvinä kirkkauksina kuvissa.

Yksi erityinen kirkastus alkaa klo 23:29 UT, jota seuraa tumma filamentti; se irtosi toiselta puolelta, sinkoutuu avaruuteen ja samalla rajusti pyörii suurella nopeudella. Kirkkaita uudelleenkytkeytymisen kipinöitä nähdään koko filamentin alueella pääflaren purkautuessa noin kello 23.47 UT.

"Nämä minuutit ennen flarea ovat erittäin tärkeitä ja Solar Orbiter antoi meille ikkunan suoraan purkauksen juureen, josta tämä lumivyöryprosessi alkoi", Pradeep sanoo. ”Olimme yllättyneitä siitä, kuinka voimakasta flarea ohjaa sarja pienempiä uudelleenkytkentätapahtumia, jotka leviävät nopeasti avaruudessa ja ajassa.”

Tutkijat olivat jo aikaisemmin ehdottaneet yksinkertaista lumivyörymallia, joka selittää satojen tuhansien flarepurkausten kollektiivisen käyttäytymisen Auringossa ja muissa tähdissä, mutta ei ollut ollut selvää, voitaisiinko yhtä voimakasta flarea kuvata lumivyöryllä. Se, mitä tämä tulos osoittaa, on juuri sitä – flare ei välttämättä ole yksittäinen johdonmukainen purkaus, vaan se voi olla vuorovaikutuksessa olevien uudelleenkytkentätapahtumien vyöry.

Satavia plasmamöykkyjä

Ensimmäistä kertaa ja Solar Orbiterin SPICE- ja STIX-instrumenttien samanaikaisten mittausten ansiosta Pradeepin tiimi on pystynyt tutkimaan erittäin korkealla resoluutiolla, kuinka nopea uudelleenkytkentätapahtumien sarja tallettaa energiaa Auringon kromosfäärin uloimpaan osaan.

Erityisen kiinnostavaa on korkeaenerginen röntgensäteily, joka on merkki siitä, mihin kiihdytetyt hiukkaset ovat tallettaneet energiansa. Koska kiihdytetyt hiukkaset voivat paeta planeettainväliseen avaruuteen ja aiheuttaa säteilyvaaroja satelliiteille, astronauteille ja jopa maapallolla sijaitseville laitteistoille, tämän prosessin tapahtumien ymmärtäminen on välttämätöntä avaruussään ennustamiseksi.

Syyskuun 30. päivän flarepurkauksen osalta ultraviolettisäteily röntgensäteisiin oli jo hitaasti nousussa, kun SPICE ja STIX alkoivat ensimmäisen kerran tarkkailla aluetta. Röntgensäteily voimistui niin dramaattisesti itse flaren aikana – uudelleenkytkentätapahtumien lisääntyessä – että hiukkaset kiihtyivät 40 – 50 %:n nopeuteen valonnopeudesta. Lisäksi havainnot osoittivat, että energia siirtyi magneettikentältä ympäröivään plasmaan näiden uudelleenkytkentätapahtumien aikana.

"Näimme nauhamaisia muodostumia, jotka liikkuivat erittäin nopeasti Auringon kromosfäärin läpi, jo ennen flaren päävaihetta", Pradeep sanoo. ”Nämä ‘ plasmamöykkyjen’ virrat ovat energialaskeuman merkkejä, jotka vahvistuvat flaretoiminnan edetessä. Jopa sen jälkeen, kun flare laantuu, plasmamöykkyjen sade jatkuu jonkin aikaa. Se on ensimmäinen kerta, kun näimme tapahtuman näin yksityiskohtaisesti koronassa. "

Flarepurkauksen päävaiheen jälkeen magneettikentän alkuperäisen ristiin muodostuksen nähtiin purkautuvan EUI-kuvissa, kun taas STIX ja SPICE näkivät plasman alkavan jäähtyä ja hiukkaspäästöjen vähenevän kohti ”normaaleja” tasoja. Samalla PHI havaitsi fotosfäärissä leimahduksen jäljen ja havainnot täydensivät kolmiulotteista kuvaa tapahtumasta.

"Emme odottaneet, että lumivyöryprosessi voisi johtaa niin suurenergisiin hiukkasiin", Pradeep sanoo. "Meillä on vielä paljon tutkittavaa tässä prosessissa, mutta sen selvittämiseksi tarvitaan tulevissa tutkimuksissa vielä tarkempia röntgenkuvia."

"Tämä on yksi Solar Orbiterin tähän mennessä jännittävimmistä tuloksista", sanoo Miho Janvier, ESA:n Solar Orbiter -hankkeen apulaisprojektitutkija. "Solar Orbiterin havainnot paljastavat flarepurkauksen keskeisen moottorin ja korostavat lumivyörymäisen magneettisen energian vapautumismekanismin ratkaisevaa roolia. Mielenkiintoinen kysymys on, esiintyykö tämä mekanismi kaikissa flarepurkauksissa ja muissa purkauksia esiintyvissä tähdissä."

 

Viiteet

[1] A magnetic avalanche as the central engine powering a solar flare, by L. P. Chitta et al. is published in Astronomy and Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202557253