Källan till potentiellt farliga solpartiklar, frigörs från solen med hög hastighet under stormar i dess yttre atmosfär, har lokaliserats för första gången av forskare vid UCL och George Mason University, Virginia, U.S.

Dessa partiklar är mycket laddade och, om de når jordens atmosfär, kan potentiellt störa satelliter och elektronisk infrastruktur, samt utgöra en strålrisk för astronauter och människor i flygplan. År 1859, under det som kallas Carrington Event, en stor solstorm fick telegrafiska system över hela Europa och Amerika att misslyckas. Med den moderna världen så beroende av elektronisk infrastruktur, risken för skada är mycket större.

För att minimera faran, forskare försöker förstå hur dessa strömmar av partiklar produceras så att de bättre kan förutsäga när de kan påverka jorden.

I den nya studien, publiceras i Vetenskapens framsteg , forskare analyserade sammansättningen av solenergipartiklar på väg mot jorden, och fann att de hade samma "fingeravtryck" som plasma som låg lågt i solens korona, nära mittområdet av solens atmosfär, kromosfären.

Medförfattare Dr. Stephanie Yardley (UCL Mullard Space Science Laboratory, MSSL) sa:"I vår studie har vi för första gången observerat exakt var solenergipartiklar kommer ifrån på solen. Våra bevis stöder teorier om att dessa högladdade partiklar härstammar från plasma som har hållits nere lågt i solens atmosfär av starka magnetiska fält. Dessa energiska partiklar, en gång släppt, accelereras sedan av utbrott som färdas med en hastighet av några tusen kilometer i sekunden.

"Energetiska partiklar kan anlända till jorden mycket snabbt, inom några minuter till några timmar, med dessa händelser som pågår i dagar. För närvarande, vi kan bara tillhandahålla prognoser för dessa händelser när de äger rum, eftersom det är mycket utmanande att förutsäga dessa händelser innan de inträffar. Genom att förstå solens processer bättre kan vi förbättra prognoser så att när en kraftig solstorm slår till, vi har tid att agera för att minska riskerna."

Huvudförfattaren Dr. David Brooks (George Mason University och hedersdocent vid UCL MSSL) sa:"Våra observationer ger en lockande inblick i var materialet som producerar solenergipartiklar kommer ifrån i några händelser från den senaste solcykeln. Vi är nu börjar en ny solcykel, och när det väl kommer igång kommer vi att använda samma teknik för att se om våra resultat i allmänhet är sanna, eller om dessa händelser på något sätt är ovanliga.

"Vi har turen att vår förståelse av mekanismerna bakom solstormar och solenergipartiklar sannolikt kommer att utvecklas snabbt under kommande år tack vare data som kommer att erhållas från två rymdfarkoster - ESA:s Solar Orbiter och NASA Parker Solar Probe - som är på väg närmare solen än någon rymdfarkost har varit tidigare."

I studien, forskare använde mätningar från NASA:s vindsatellit, ligger mellan solen och jorden, att analysera en serie solenergipartikelströmmar, var och en varar minst en dag, i januari 2014. De jämförde detta med spektroskopidata från den JAXA-ledda rymdfarkosten Hinode. (EUV Imaging Spectrometer ombord på rymdfarkosten byggdes av UCL MSSL och Dr. Brooks är medlem av uppdragets operationsteam i Japan.)

De fann att de solenergipartiklar som mättes av vindsatelliten hade samma kemiska signatur - ett överflöd av kisel jämfört med svavel - som plasma som var instängd nära toppen av solens kromosfär. Dessa platser var vid "fotpunkterna" för heta koronala slingor - det vill säga, på botten av slingor av magnetfält och plasma som sträcker sig ut i solens yttre atmosfär och tillbaka igen.

Med hjälp av en ny teknik, laget mätte den koronala magnetiska fältstyrkan vid dessa fotpunkter, och fann att den var väldigt hög, i området 245 till 550 Gauss, bekräftar teorin att plasmat hålls nere i solens atmosfär av starka magnetfält innan det släpps ut i rymden.

Solenergipartiklar frigörs från solen och accelereras av solflammor (stora explosioner) eller koronala massutkastningar - utstötningar av enorma moln av plasma och magnetfält. Cirka 100 solenergipartikelhändelser inträffar varje 11-årig solcykel, även om detta antal varierar från cykel till cykel.

De senaste fynden stöder tanken att vissa solenergipartiklar härstammar från en annan källa än den långsamma solvinden (vars ursprung fortfarande diskuteras), eftersom de är instängda under specifika förhållanden i heta koronala slingor i kärnan av källregionen. En snabbare solvind sänds ut kontinuerligt av solen; dess möte med jordens atmosfär kan generera norrsken.

De högenergipartiklar som släpptes i januari 2014 kom från en flyktig region av solen som hade frekventa solutbrott och CME, och ett extremt starkt magnetfält. Regionen, känd som 11944, var en av de största aktiva regionerna på solen vid den tiden och var synlig för observatörer på jorden som en solfläck - en mörk fläck på solens yta.

En kraftig strålningsstormvarning utfärdades vid den tidpunkten av NOAA / NWS Space Weather Prediction Center, men det är inte känt att den solenergiska partikelhändelsen har orsakat någon störning i jordens atmosfär, även om datorsystem på rymdfarkosten Hinode själv registrerade flera partikelträffar.

En mätning av magnetfältets styrka inom regionen 11944 gjordes i en separat studie strax efter denna tidsperiod, och var en av de högsta som någonsin registrerats i solen – 8,2 kG.