Вот почему атмосфера Солнца в сотни раз горячее его поверхности

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, достигает миллиона градусов Цельсия и выше.

Такой скачок температуры, несмотря на увеличение расстояния от основного источника энергии Солнца, наблюдается у большинства звезд и представляет собой фундаментальную загадку, над которой астрофизики размышляли десятилетиями.

Волны Альфвена

В 1942 году шведский ученый Ханнес Альфвен предложил 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.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Теория была предварительно принята, но нам все еще требовалось доказательство в виде эмпирического наблюдения, что эти волны существуют. Результаты недавнего исследования наконец-то подтвердили 80-летнюю теорию Альфвена и приблизили нас на шаг 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 явления в короне Солнца, которые могли наблюдаться только при температуре в несколько миллионов градусов Цельсия.

Это означает, что температура в 1000 раз выше, чем в расположенной под ней фотосфере - поверхности Солнца, 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 6000°C. Вывод Эдлена и Гротриана о том, что корона Солнца намного горячее фотосферы - несмотря на то, что она находится дальше от ядра Солнца, его конечного источника энергии, - вызвал много недоумений в научном сообществе.

Ученые обратились к свойствам Солнца, чтобы объяснить это несоответствие. Солнце почти полностью состоит из плазмы, которая представляет собой высокоионизированный газ, несущий электрический заряд. Движение этой плазмы в зоне конвекции - верхней части солнечной атмосферы - создает огромные электрические токи и сильные магнитные поля.

Эти поля затем 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 здесь и возникает теория Альфвена. Он 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 магнитным потоковым трубам, 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 Альфвену была присуждена Нобелевская премия по физике в 1970 году.

Но оставалась проблема реального наблюдения этих волн. На поверхности Солнца и в его атмосфере происходит так много всего - от явлений, во много раз превышающих земные масштабы, до небольших изменений, не поддающихся разрешению наших приборов, - что прямых наблюдательных доказательств существования волн Альфвена в фотосфере до сих пор не было.

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 нам 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 мы использовали IBIS, чтобы впервые подтвердить существование волн Альфвена в солнечных трубах магнитного потока.

Прямое открытие волн Альфвена в солнечной фотосфере является важным шагом к использованию их высокого энергетического потенциала здесь, на Земле. Например, они могут помочь нам в исследовании ядерного синтеза - процесса, происходящего внутри Солнца, в ходе которого небольшое количество материи преобразуется в огромное количество энергии. Наши нынешние атомные электростанции используют деление ядер, которое, по мнению критиков, 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 Земле, как это происходит на Солнце, остается огромной проблемой, поскольку для того, чтобы произошел термоядерный синтез, нам все равно потребуется быстро создать температуру в 100 миллионов градусов Цельсия. Одним из способов сделать это могут быть волны Альфвена. Наши растущие знания о Солнце показывают, что это, безусловно, возможно - при соответствующих условиях.

Мы также ожидаем новых солнечных открытий в ближайшее время благодаря новым, новаторским миссиям и приборам. Спутник Европейского космического агентства Solar Orbiter сейчас находится на орбите вокруг Солнца, передавая изображения и проводя измерения неизведанных полярных областей звезды. В наземных условиях открытие новых высокопроизводительных солнечных телескопов также должно улучшить наши наблюдения за Солнцем с Земли.

Поскольку многие тайны Солнца еще предстоит открыть, включая свойства магнитного поля Солнца, это захватывающее время для изучения Солнца. Обнаружение волн Альфвена - лишь один из вкладов в более широкую область, которая стремится раскрыть оставшиеся тайны Солнца для практического применения на Земле. опубликовано econet.ru по материалам theconversation.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet