Почему атмосфера Солнца в сотни раз горячее его поверхности: ученые нашли ответ

Температура видимой поверхность Солнца или фотосферы составляет около 6000 ° C. Но в нескольких тысячах километров над ней солнечная атмосфера, также называемая короной, в сотни раз горячее, достигая миллиона градусов Цельсия и выше, сообщает Scitechdaily

Такой перепад температур наблюдается у большинства звезд и представляет собой фундаментальную загадку, над которой астрофизики ломали голову на протяжении десятилетий.

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 внутренней части в корону, минуя фотосферу, прежде чем взорваться теплом в верхних слоях атмосферы Солнца.

Теорию предварительно приняли, но требовалось доказательство, что эти волны существуют. Недавнее исследование, наконец, подтвердило 80-летнюю теорию Альфвена.

Проблема нагревания короны возникла с конца 1930-х годов, когда шведский спектроскопист Бенгт Эдлен и немецкий астрофизик Вальтер Гротриан впервые наблюдали явления в короне Солнца, которые могли присутствовать только в том случае, если ее температура составляла несколько миллионов градусов по Цельсию.

Это означает, что температура в 1000 раз выше, чем температура в фотосфере под ней, которая представляет собой поверхность Солнца, которую мы видим с Земли. Температуру фотосферы вычисляли достаточно просто: нужно измерить свет, который доходит до нас от Солнца, и сравнить его с моделями спектра, которые предсказывают температуру источника света.

За многие десятилетия исследований температура фотосферы неизменно оценивалась примерно в 6000 ° C. Открытие Эдленом и Гротрианом того, что корона Солнца намного горячее фотосферы, несмотря на то, что она находится дальше от ядра Солнца, его основного источника энергии, вызвало у научного сообщества много вопросов.

Ученые начали изучать свойства Солнца, чтобы объяснить это несоответствие. Солнце почти полностью состоит из плазмы, которая представляет собой сильно ионизированный газ, несущий электрический заряд. Движение этой плазмы в конвективной зоне, верхней части поверхности Солнца, производит электрический ток и сильные магнитные поля.

Эти поля затем вытягиваются из недр Солнца за счет конвекции и выходят на его видимую поверхность в виде темных солнечных пятен, которые представляют собой скопления магнитных полей, которые могут образовывать различные магнитные структуры в солнечной атмосфере.

Именно здесь приходит на помощь теория Альфвена. Он предположил, что внутри намагниченной плазмы 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 проходит по так называемым трубам солнечного магнитного потока, прежде чем прорваться в корону, вызывая ее высокую температуру.

Эти магнитные плазменные волны теперь называются волнами Альфвена, который в 1970 году был удостоен Нобелевской премии по физике.

Но оставалась проблема наблюдения за этими волнами. На поверхности Солнца и в его атмосфере происходит так много явлений, что прямых доказательств существования альфвеновских волн в фотосфере раньше не удавалось найти.

"Но новые технические возможности и новые приборы помогают изучать физику Солнца. Одним из таких является интерферометрический двумерный спектрополяриметр (IBIS) для спектроскопии изображений, установленный на солнечном телескопе Данна в американском штате Нью-Мексико. Он позволил нам проводить гораздо более подробные наблюдения за Солнцем", — говорят ученые из Университета Абериствит в Великобритании, Марианна Корсос и Хью Морган.

"Мы использовали IBIS, чтобы окончательно подтвердить, впервые, существование альфвеновских волн в трубах солнечного магнитного потока".

"Прямое открытие альфвеновских волн в фотосфере Солнца — важный шаг к использованию их энергетического потенциала здесь, на Земле. Например, они могут помочь нам в исследовании ядерного синтеза, который представляет собой процесс, происходящий внутри Солнца, при котором небольшое количество вещества превращается в огромное количество энергии", — говорят ученые.

По словам исследователей, создание чистой энергии путем воспроизведения ядерного синтеза Солнца на Земле остается огромной проблемой, потому что нужно быстро создать температуру в 100 миллионов градусов Цельсия, чтобы синтез мог произойти. Волны Альфвена могут быть одним из способов, который поможет сделать это.

Напомним, что миссия Solar Orbiter зафиксировала уникальное извержение на Солнце.