На протяжении десятилетий физики пытались объяснить одну из самых необычных особенностей нашего светила. Казалось бы, температура должна уменьшаться по мере удаления от источника тепла. Однако на Солнце наблюдается противоположная картина: его видимая поверхность нагрета примерно до 5,5 тысячи градусов Цельсия, тогда как внешняя атмосфера — корона — достигает температуры в миллионы градусов.
Этот парадокс долгое время оставался одной из самых сложных нерешённых задач солнечной физики. Теперь исследователи представили результаты новой работы, которые помогают объяснить, каким образом энергия переносится из внутренних областей Солнца в его разреженную внешнюю атмосферу.
Почему это считается загадкой
Если нагреть металлический шар, его поверхность всегда будет горячее окружающего воздуха.
Логично ожидать, что и на Солнце температура должна постепенно снижаться по мере удаления от центра.
В действительности происходит иначе.
Непосредственно над фотосферой — видимой поверхностью Солнца — температура сначала уменьшается.
Но затем она начинает стремительно возрастать.
В результате солнечная корона оказывается нагретой в сотни раз сильнее поверхности.
Именно это явление известно как проблема нагрева солнечной короны.
Что такое корона
Корона представляет собой внешнюю атмосферу Солнца.
Обычно её невозможно увидеть невооружённым глазом.
Она становится заметной только во время полного солнечного затмения, когда Луна полностью закрывает яркий солнечный диск.
Тогда вокруг него появляется серебристое сияние, простирающееся на миллионы километров в космос.
Именно эта область обладает рекордно высокой температурой.
Почему обычного объяснения недостаточно
Энергия рождается в самом центре Солнца.
Поэтому долгое время считалось, что чем дальше от ядра, тем холоднее должно становиться вещество.
Однако измерения показывают совершенно иную картину.
Это означает, что где-то между поверхностью и короной действует дополнительный механизм передачи энергии.
Поиск этого механизма продолжается уже несколько десятилетий.
Роль магнитного поля
Современные исследования всё чаще связывают нагрев короны с чрезвычайно сложным магнитным полем Солнца.
Наша звезда постоянно находится в движении.
Горячая плазма поднимается вверх, охлаждается и вновь опускается внутрь.
Эти движения непрерывно деформируют магнитные линии.
Они могут:
- переплетаться;
- растягиваться;
- разрываться;
- соединяться заново.
Каждый такой процесс сопровождается выделением энергии.
Новое объяснение
Авторы исследования показали, что важную роль могут играть очень небольшие магнитные процессы, происходящие в огромном количестве по всей поверхности Солнца.
Хотя каждый отдельный эпизод высвобождает сравнительно немного энергии, их число настолько велико, что общий вклад оказывается весьма значительным.
Подобные процессы происходят практически непрерывно.
Именно их суммарный эффект способен поддерживать чрезвычайно высокую температуру короны.
Магнитные волны как переносчики энергии
Исследователи также уделяют большое внимание магнитным волнам.
В солнечной плазме энергия может распространяться не только благодаря движению вещества.
Магнитное поле также способно переносить энергетические возмущения на большие расстояния.
Когда такие волны достигают верхних слоёв атмосферы, их энергия постепенно передаётся окружающей плазме.
В результате происходит дополнительный нагрев вещества.
Почему разгадка оказалась такой сложной
Главная проблема заключается в масштабах происходящего.
Большинство процессов имеет чрезвычайно малые размеры.
Их трудно зарегистрировать даже с помощью самых современных солнечных телескопов.
Кроме того, многие события развиваются за считаные секунды.
Для их изучения необходимы приборы с очень высоким пространственным и временным разрешением.
Лишь в последние годы появились инструменты, способные наблюдать подобные явления.
Какие аппараты помогают исследовать Солнце
Сегодня солнечную активность изучает целый комплекс космических и наземных обсерваторий.
Они наблюдают Солнце одновременно в различных диапазонах электромагнитного спектра.
Это позволяет исследовать:
- движение плазмы;
- изменение магнитных полей;
- образование солнечных вспышек;
- выбросы вещества;
- структуру короны.
Объединение данных разных телескопов даёт значительно более полную картину происходящих процессов.
Почему понимание нагрева короны важно не только для науки
Высокая температура внешней атмосферы напрямую связана с формированием солнечного ветра.
Именно из короны непрерывно вырывается поток заряженных частиц, распространяющийся по всей Солнечной системе.
Этот поток способен влиять на:
- магнитное поле Земли;
- работу спутников;
- радиосвязь;
- навигационные системы;
- космические аппараты;
- безопасность астронавтов.
Поэтому изучение механизмов нагрева короны помогает лучше прогнозировать космическую погоду.
Связь с солнечными вспышками
Те же магнитные процессы, которые нагревают корону, могут участвовать и в возникновении солнечных вспышек.
Во время резкой перестройки магнитного поля за короткое время выделяется огромное количество энергии.
Такие события сопровождаются выбросами высокоэнергетических частиц и мощным электромагнитным излучением.
Понимание природы этих процессов позволит точнее оценивать вероятность опасных солнечных событий.
Почему полного ответа пока нет
Исследователи подчёркивают, что новая работа не закрывает вопрос окончательно.
Скорее она значительно укрепляет одну из наиболее перспективных моделей.
Возможно, нагрев короны происходит сразу благодаря нескольким механизмам.
Среди них могут одновременно действовать:
- магнитные волны;
- многочисленные мелкие магнитные перестройки;
- локальные выбросы энергии;
- взаимодействие плазмы с магнитными полями.
Дальнейшие наблюдения помогут определить вклад каждого из этих процессов.
Солнце продолжает удивлять
Несмотря на то что Солнце является ближайшей к Земле звездой и изучается уже несколько столетий, оно по-прежнему хранит множество тайн. Проблема нагрева солнечной короны долгое время считалась одной из самых сложных задач современной астрофизики, поскольку противоречила привычным представлениям о распределении температуры.
Новое исследование показывает, что ответ, вероятно, скрывается в чрезвычайно сложной динамике магнитного поля и огромном количестве небольших энергетических процессов, происходящих одновременно по всей поверхности звезды. Если дальнейшие наблюдения подтвердят эти выводы, учёные сделают важный шаг к пониманию не только природы Солнца, но и поведения других звёзд во Вселенной, ведь аналогичные процессы могут происходить и в их атмосферах.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
