Чому атмосфера Сонця в сотні разів гарячіша за його поверхню: учені знайшли відповідь

Температура видимої поверхні Сонця або фотосфери становить близько 6000 ° C. Але за декілька тисяч кілометрів над нею сонячна атмосфера, також звана короною, у сотні разів гарячіша, досягаючи мільйона градусів Цельсія і вище, повідомляє Scitechdaily

Такий перепад температур спостерігається в більшості зірок і являє собою фундаментальну загадку, над якою астрофізики ламали голову протягом десятиліть.

У 1942 році шведський вчений Ганнес Альвен запропонував своє пояснення. Він припустив, що намагнічені хвилі плазми можуть переносити величезну кількість енергії вздовж магнітного поля Сонця з його внутрішньої частини в корону, минаючи фотосфери, перш ніж вибухнути теплом у верхніх шарах атмосфери Сонця.

Теорію попередньо прийняли, але потрібен доказ, що ці хвилі існують. Недавнє дослідження нарешті підтвердило 80-річну теорію Альвена.

Проблема нагрівання корони виникла з кінця 1930-х років, коли шведський спектроскопіст Бенгт Едлен і німецький астрофізик Вальтер Гротріан вперше спостерігали явища в короні Сонця, які могли бути присутніми тільки в тому випадку, якщо її температура становила кілька мільйонів градусів за Цельсієм.

Це означає, що температура в 1000 разів вища, ніж температура у фотосфері під нею, яка представляє собою поверхню Сонця, яку ми бачимо із Землі. Температуру фотосфери обчислювали досить просто: потрібно виміряти світло, яке доходить до нас від Сонця, і порівняти його з моделями спектру, які пророкують температуру джерела світла.

За багато десятиліть досліджень температура фотосфери незмінно оцінювалася приблизно в 6000 ° C. Відкриття Едлена і Гротріана того, що корона Сонця набагато гарячіша за фотосферу, незважаючи на те, що вона розташована далі від ядра Сонця, його основне джерело енергії, викликало в наукової спільноти багато запитань.

Учені почали вивчати властивості Сонця, щоб пояснити цю невідповідність. Сонце майже повністю складається з плазми, яка представляє собою сильно іонізований газ, що несе електричний заряд. Рух цієї плазми в конвективній зоні, верхній частині поверхні Сонця, виробляє електричний струм і сильні магнітні поля.

Ці поля потім витягуються з надр Сонця за рахунок конвекції і виходять на його видиму поверхню у вигляді темних сонячних плям, які представляють собою скупчення магнітних полів, які можуть утворювати різні магнітні структури в сонячній атмосфері.

Саме тут приходить на допомогу теорія Альвена. Він припустив, що всередині намагніченої плазми Сонця буд-які обʼємні рухи електрично заряджених частинок порушуватимуть магнітне поле, створюючи хвилі, які можуть переносити величезну кількість енергії на великі відстані — від поверхні Сонця до його верхніх шарів атмосфери. Тепло проходить по так званих трубах сонячного магнітного потоку, перш ніж прорватися в корону, викликаючи її високу температуру.

Ці магнітні плазмові хвилі тепер називаються хвилями Альвена, який у 1970 році отримав Нобелівську премію з фізики.

Але залишалася проблема спостереження за цими хвилями. На поверхні Сонця і в його атмосфері відбувається так багато явищ, що прямих доказів існування альвенівських хвиль у фотосфері раніше не вдавалося знайти.

"Але нові технічні можливості і нові прилади допомагають вивчати фізику Сонця. Одним з таких є інтерферометричний двовимірний спектрополяриметр (IBIS) для спектроскопії зображень, встановлений на сонячному телескопі Данна в американському штаті Нью-Мексико. Він дозволив нам проводити набагато більш докладні спостереження за Сонцем", — говорять учені з Університету Аберіствіт у Великобританії Маріанна Корсос і Хʼю Морган.

"Ми використовували IBIS, щоб остаточно підтвердити існування альвенівських хвиль у трубах сонячного магнітного потоку".

"Пряме відкриття альвенівських хвиль у фотосфері Сонця — важливий крок до використання їхнього енергетичного потенціалу тут, на Землі. Наприклад, вони можуть допомогти нам у дослідженні ядерного синтезу, який являє собою процес, що відбувається всередині Сонця, за якого невелика кількість речовини перетворюється на величезну кількість енергії", — говорять учені.

За словами дослідників, створення чистої енергії шляхом відтворення ядерного синтезу Сонця на Землі залишається величезною проблемою, тому що потрібно швидко створити температуру в 100 мільйонів градусів Цельсія, щоб синтез міг статися. Хвилі Альвена можуть бути одним із способів, який допоможе зробити це.

Нагадаємо, що місія Solar Orbiter зафіксувала унікальне виверження на Сонці.