Атмосфера Солнца неспокойна, она постоянно изменяется. В атмосфере поднимаются гигантские колонны газа, настолько горячего, что все электроны вырваны из его атомов, превращая газ в плазму. Эти потоки плазмы искривляются, закручиваются, сталкиваются. Иногда поток полностью отрывается от Солнца, устремляясь в космос, а иногда возвращается в глубинные слои атмосферы. Эти потоки, часто называемые протуберанцами, могут оказаться частью большей структуры. Сбоку они могут выглядеть, как дуга в лампе накаливания. Яркая область атмосферы Солнца, окружающая протуберанец, как и лампа, внутри пуста (относительно), и это пустое пространство и называют полостью. Эти структуры – не единственные на Солнце, они входят в число множества, создаваемого плазмой с температурой в миллионы градусов и постоянно изменяющимся мощным магнитным полем светила. Однако полости могут оказаться одним из важнейших, во всяком случае для человека, явлений в короне, давая начало корональным выбросам массы. Эти выбросы миллиардов тонн заряженных частиц в околосолнечное пространство опасны для человечества, так как они могут повредить спутники, системы связи и электроснабжения, а также могут оказаться опасны для космонавтов и даже для пассажиров самолетов.

«Мы толком не знаем, что приводит к образованию корональных выбросов массы, – говорит Терри Кучера, сотрудница Центра космических полетов имени Годдарда. – Поэтому мы хотим понять их структуру до выброса. В этом случае мы сможем разобраться, почему же эти выбросы происходят и, возможно, даже сумеем разработать систему предсказания этих опасных событий». Кучера – руководитель группы, занявшееся изучением полости, попавшей в кадр нескольких орбитальных телескопов 9 августа 2007 года. Полость, а также протуберанец около короны и ее граница, очерченная потоками плазмы, хорошо видны на первом изображении. Специалисты сконцентрировались на изучении трех главных свойств полости – ее форме, плотности и температуре. Полость, снятая 9 августа оказалась особенно удачной – ее ориентация по отношению к наблюдавшим космическим аппаратам позволила отлично разглядеть явление сбоку, причем основание области в короне также отлично видно. В результате было определено, что внутри полости присутствует мощное магнитное поле, поддерживающее ее форму. Плотность материала в полости на 30% меньше, чем на ее границе – темном потоке, отрывающемся от атмосферы Солнца. Температура внутри полости не одинакова и изменяется в пределах от 1.4 до 1.7 миллиона градусов Цельсия, причем наблюдается повышение температуры с увеличением высоты. Изучение полости, определение ее форм – непростое дело, ведь объект наблюдения находится на расстоянии 170 миллионов километров. «Нашей первой задачей было точное определение морфологии объекта, – говорит Сара Гибсон, сотрудница Национального центра атмосферных исследований. – Если мы видим такие четкие очертания, ясную форму, – это не совпадение. Форма полости указывает на свойства магнитного поля, создающего ее, а понимание свойств магнитных полей на Солнце – ключ к изучению процессов, связанных с корональными выбросами массы». Для изучения объекта использовались все возможные данные – полость успели заснять аппараты STEREO, SOHO и Hinode. При помощи этих аппаратов полость наблюдалась в течение всего времени своего развития, а также под разными углами по мере вращения Солнца. Это внесло важные сведения, в  частности, на представленном рисунке полость видна слева от Солнца, так как при другой ориентации – когда полость оказывается справа – она намного хуже видна. Это несет информацию о структуре области, похожей на туннель – его хорошо видно сбоку, но сложно разглядеть, глядя прямо. Таим образом, граница полости – туннель в форме полумесяца. Магнитное поле пронизывает границу, поддерживая ее форму. Плазма, можно сказать, наматывается на линии напряженности магнитного поля, выходящие и входящие обратно в атмосферу светила.

Вслед за формой была изучена плотность полости. Это оказалось сложнее, чем определение структуры из-за ограниченности углов обзора. Из-за частичной прозрачности короны Солнца определение плотности усложняется, так как на линии наблюдения сложно отделить материал области от находящегося глубже материала короны. Информация, собираемая приборами об интенсивности излучения, соответствует пришедшему излучению, источником которого являются одновременно частицы полости, корона, лежащая под ней, и внешние области. Тем не менее, плотность материала в полости была оценена, составив 30% от плотности окружающего ее потока. Поэтому полость кажется на снимках темнее короны и потока. Имея такую же температуру, полость проигрывает в числе источников излучения. «Имея знания о морфологии и плотности, нам удалось найти две главные характеристики полости, так что затем мы смогли сконцентрироваться на температуре, – говорит Кучера. – Это оказалось намного более сложной задачей. Нам хотелось узнать, горячее или холоднее она по сравнению с окружающим материалом. Как оказалось, верны оба утверждения». В среднем получилось, что температура полости равна окружающей. Однако, в полости температура оказалась распределена не равномерно. Были обнаружены как области, намного более холодные, чем окружающий, с температурой «всего» в 10000 градусов, но наряду с ними на вершине протуберанца температура достигает 1.8 миллиона градусов. Полость – не застывшее образование, ее материал постоянно находится в движении, так что и области холода или жары также перемещаются.

Три задачи, рассмотренные нами выше, появлялись в печати постепенно, соответственно в 2010, 2011 и 2012 году. Все они посвящены одному явлению, замеченному в 2007 году, что само по себе говорит о сложности анализа задач. Тем не менее, работа не ограничивалась детальным изучением одной полости, сравнение результатов с полученными при беглом рассмотрении других примеров показало аналогичные свойства. С запуском аппарата SDO в 2010 году сбор таких данных значительно упростился, а сама информация стала лучше. «Наши отклонения на все эти второстепенные явления на самом деле служат выявлению физики явлений, происходящих в короне, – говорит Гибсон. – Иногда такие полости могут быть устойчивы в течение недель, а затем внезапно изрыгать корональный выброс массы. Мы хоти понять, как это происходит. У нас есть доступ к огромному разнообразию данных, и это здорово – наши знания складываются вместе, преобразуясь в стройную теорию».