Ученые разгадали тайну солнечной короны

Видимая поверхность Солнца, или фотосфера, имеет температуру около 6 000°C. Но на высоте нескольких тысяч километров над ней (небольшое расстояние, если учесть размеры Солнца) солнечная атмосфера, называемая также короной, в сотни раз горячее. Там она достигает миллиона градусов по Цельсию и больше. Такой скачок температуры, несмотря на увеличение расстояния от основного источника энергии Солнца, наблюдается у большинства звезд и представляет собой загадку, о которой астрофизики спорили десятилетиями. Об этом сообщает издание Trinity Mirror.

В 1942 году шведский ученый Ханнес Альфвен предложил свое объяснение. Он предположил, что намагниченные волны плазмы могут переносить огромное количество энергии вдоль магнитного поля Солнца из его недр в корону, минуя фотосферу, прежде чем взорваться с выделением тепла в верхней атмосфере Солнца. Теория была предварительно принята в научном сообществе, но ученым все еще требовалось доказательство существования этих волн в виде эмпирического наблюдения.

Новое исследование астрофизиков наконец подтвердило теорию Альфвена и сделало людей на шаг ближе к использованию этого высокоэнергетического явления на Земле.

Проблема коронального нагрева существует с конца 1930-х годов, когда шведский спектроскопист Бенгт Эдлен и немецкий астрофизик Вальтер Гротриан впервые наблюдали в солнечной короне явления, заметные только при температуре в несколько миллионов градусов Цельсия. Это означает, что температура Солнца в 1000 раз выше, чем в расположенной под ней фотосфере – поверхности звезды, которую мы можем видеть с Земли. Оценить тепло фотосферы всегда было относительно просто: нужно лишь измерить свет, который доходит до нас от Солнца, и сравнить его со спектральными моделями, предсказывающими температуру источника света.

За многие десятилетия исследований температура фотосферы неизменно оценивалась примерно в 6 000°C. Вывод Эдлена и Гротриана о том, что солнечная корона намного горячее фотосферы, несмотря на то, что находится дальше от ядра Солнца, вызвал много недоумений в научном сообществе. Специалисты начали изучать свойства Солнца, чтобы объяснить это несоответствие.

Звезда почти полностью состоит из плазмы, которая представляет собой высокоионизированный газ, несущий электрический заряд. Движение этой плазмы в конвективной зоне в верхней части солнечных недр создает огромные электрические токи и сильные магнитные поля. Затем эти поля затягиваются из недр Солнца конвекцией и вырываются на его видимую поверхность в виде темных солнечных пятен – скоплений магнитных полей, которые могут образовывать различные магнитные структуры в солнечной атмосфере.

Именно на этих явлениях основывается теория Альфвена. Ученый рассудил, что в намагниченной плазме Солнца любые объемные движения электрически заряженных частиц будут нарушать магнитное поле, создавая волны, которые могут переносить огромное количество энергии на огромные расстояния от поверхности Солнца до его верхних слоев атмосферы.



Тепло перемещается по так называемым солнечным трубам магнитного потока, а затем прорывается в корону, создавая ее высокую температуру.

Эти магнитные плазменные волны теперь называются волнами Альфвена, и их роль в объяснении коронального нагрева привела к тому, что в 1970 году Альфвену была присуждена Нобелевская премия по физике.

На поверхности Солнца и в его атмосфере происходит так много всего, что прямых наблюдательных доказательств существования волн Альфвена в фотосфере ранее достичь не удавалось. Но последние достижения в области измерительных приборов открыли новое окно, через которое мы можем изучать физику Солнца. Одним из таких приборов является интерферометрический двумерный спектрополяриметр (IBIS) для спектроскопии изображений, установленный на солнечном телескопе Данна в американском штате Нью-Мексико. Этот прибор позволил проводить гораздо более детальные наблюдения и измерения Солнца.

В сочетании с хорошими условиями наблюдения, передовым компьютерным моделированием и усилиями международной группы ученых из семи исследовательских институтов был использован IBIS, чтобы впервые подтвердить существование волн Альфвена в солнечных трубах магнитного потока.

Прямое обнаружение альфвеновских волн в солнечной фотосфере является важным шагом к использованию их высокого энергетического потенциала здесь, на Земле. Например, они могут помочь в исследовании ядерного синтеза – процесса, происходящего внутри Солнца, в результате которого небольшое количество материи преобразуется в огромное количество энергии.

Нынешние атомные электростанции используют деление ядер, которое, по мнению ученых, приводит к образованию опасных ядерных отходов, особенно в случае катастроф, подобных той, что произошла в Фукусиме в 2011 году.

Создание чистой энергии путем воспроизведения ядерного синтеза на Солнце на Земле остается огромной проблемой, поскольку нам все еще необходимо быстро создавать температуру в 100 миллионов градусов Цельсия, чтобы произошел синтез. Одним из способов сделать это могут стать альфвеновские волны. Растущие знания о Солнце показывают, что это возможно при правильных условиях. Мы также ожидаем новых солнечных открытий в ближайшее время благодаря новым космическим миссиям и приборам. Ожидается, что открытие новых высокопроизводительных солнечных телескопов улучшит качество наблюдений за Солнцем с Земли.

Фото: pixabay.com, unsplash.com