Ученые до сих пор пытаются понять, почему внешняя часть атмосферы Солнца — корона — раскалена до нескольких миллионов градусов Цельсия, в то время как температура поверхности светила составляет примерно 6000 °C. Теперь, запечатлев высокочастотные альвеновские волны — особые колебания плазмы, распространяющиеся вдоль линий магнитного поля звезды — с помощью крупнейшего в мире наземного солнечного телескопа «Иноуэ», астрофизики приблизились к разгадке этого феномена.
Изображение альвеновских волн, полученное с помощью солнечного телескопа «Иноуэ» / © SDO/Morton, et al
Напрямую наблюдать солнечную корону невероятно трудно — ее яркость в миллион раз ниже поверхности Солнца, а механизмы, участвующие в нагреве, происходят на очень малых временных и пространственных масштабах. Поскольку проблема коронального нагрева остается нерешенной, исследователи выдвинули несколько гипотез — правда, ни одна из них пока не считается окончательно доказанной.
В 1970-х годах американский физик и астроном Юджин Паркер (Eugene Parker) предположил, что дополнительное тепло в корону приносят так называемые нановспышки — малые эпизодические случаи нагревания, происходящие во внешней части атмосферы светила и способные суммарно нагреть корону. Впервые их наблюдали с помощью спектрографа IRIS в 2020 году, о чем Naked Science рассказывал ранее.
Еще одна гипотеза, описывающая как именно энергия магнитного поля преобразуется в тепло, гласит, что нагрев вызван турбулентными потоками внутри солнечной атмосферы, которые переносят энергию в корону — там она рассеивается в виде тепла. Эти предположения, однако, не согласуются с результатами наблюдений.
Хотя все больше ученых отдают предпочтение гипотезе Паркера, у нее есть серьезный конкурент — гипотеза волнового нагрева. Согласно ей, энергию в корону доставляют альвеновские волны, которые поднимаются вверх по линиям магнитного поля светила и рассеиваются, превращаясь в тепло. Эти волны, названные в честь нобелевского лауреата Ханнеса Альвена, ранее наблюдали в низкочастотном диапазоне.
Теперь международная исследовательская группа под руководством Ричарда Дж. Мортона (Richard J. Morton) из Нортумбрийского университета (Великобритания) с помощью телескопа «Иноуэ» и установленного на нем спектрополяриметра Cryo-NIRSP, предназначенного для наблюдений за магнитными полями в солнечной короне, измерила движение плазмы в инфракрасной линии излучения ионизированного железа (Fe XIII) на длине волны 1074 нанометра.
По итогу ученые зафиксировали четкие следы колебаний плазмы в верхней атмосфере Солнца, то есть высокочастотные альвеновские волны. Результаты нового исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Хотя полученные данные подтвердили существование высокочастотных альвеновских волн, позволив астрофизикам приблизиться к пониманию того, как именно Солнце «разжигает» корону, они расходятся с устоявшимися моделями солнечной динамики: ранее считалось, что подобные волны должны теряться еще в хромосфере — среднем слое солнечной атмосферы — из-за сильного затухания.
Расчеты также показали, что новоиспеченные волны переносят меньше энергии, чем их низкочастотные «собратья», а значит, не могут быть основным источником нагрева короны.
Тем не менее полученные результаты — важный шаг в изучении верхней части атмосферы светила. Поскольку телескоп «Иноуэ» недавно приступил к работе, а в 2024 году с его помощью составили карту магнитного поля солнечной короны, весьма вероятно, что в ближайшие годы проблема коронального нагрева, наконец, будет решена.
Комментарии
Между прочим, Ханнес Альвен был сторонником т.н. "плазменной вселенной". Которая подразумевает, что в космологических масштабах помимо гравитации значимый вклад во взаимодействие ряда астрономических объектов (прежде всего это облака ионизированного водорода), вносит также и электрическое и магнитное взаимодействие. И я с рядом оговорок склонен с ним согласиться. Значимый вклад в разогрев корон у звезд может вносить колебания электрического поля Галактики, которое зависит от основного его генератора - Черных Дыр, в т.ч. Центральной Черной Дыры в созвездии Стрельца, а также и, вероятно, нейтронных звезд. То есть причина нагрева короны нашего Солнца - это банальный токовый нагрев.
Есть еще один вариант источника энергии для этого - это аннигиляция позитронов как в фотосфере Солнца, так и в его короне. Энергия, что выделяется в процессе аннигиляции, может также и вызывать повышенную турбуленцию и наблюдаемые выбросы солнечного вещества - т.н. "солнечные вспышки".
Вы спросите, откуда в Солнце берутся позитроны? Ответ простой - в ходе протон-протонной реакции слияния образуются позитроны - это факт общеизвестный. А вот чего не знает общепринятая теория - это что Солнце имеет небольшой, но значимый положительный заряд, как и в принципе весь диск Галактики. И вот наличие этого заряда, по существу являющееся недостатком электронов, приводит к тому, что не все позитроны, что рождаются в ходе ядерного синтеза в ядре Солнца, тут же аннигилируют там с электронами - небольшая часть их, накапливаясь в Солнце, доходит до его внешних частей и уже там реагирует с электронами, которые иногда проникают в поверхность Солнца в ходе колебания электрического поля Солнечной Системы и аннигилируют с позитронами. Этот механизм отвечает за целый ряд наблюдаемых явлений в фотосфере и короне Солнца, которые не может объяснить текущая астрофизическая теория.