Ученые выяснили, почему корона Солнца горячее его поверхности

Как правило, чем дальше мы удаляемся от источника тепла, тем холоднее становится. Однако для Солнца эта закономерность не работает. Температура на поверхности звезды достигает шести тысяч градусов Цельсия, а при удалении от нее всего на несколько сотен километров происходит резкое повышение температуры. Корона Солнца может нагреваться уже до полутора миллионов градусов Цельсия, создавая поток ионизированных частиц — солнечный ветер, достигающий и нашей планеты.

Ученые из Университета Отаго (Новая Зеландия) нашли возможную причину этого необычного эффекта. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Ранее астрофизики полагали, что этот внезапный скачок температуры связан с магнитными полями звезды, однако не ясно было, как именно они нагревают газ. Вопрос был известен как «проблема нагрева Солнечной короны». Существовало несколько гипотез, описывающих, как именно энергия магнитного поля преобразуется в тепло. Одна из самых популярных гласила, что нагрев вызван турбулентными потоками внутри атмосферы звезды, которые переносят энергию в корону. Сторонники второй называли причиной особые ионно-циклотронные магнитные волны.

Но ни одна из этих гипотез не согласуется полностью с результатами наблюдений. Низкочастотную турбулентность, которая может выносить энергию из звезды в ее атмосферу, наблюдали космические аппараты. Однако она не может объяснить, почему в короне Солнца ионы нагреваются сильнее, чем электроны. Такой эффект могли бы вызвать высокочастотные ионно-циклотронные волны, но их недостаточно, чтобы нагреть газ до таких высоких температур, к тому же не совсем понятен их источник.

Чтобы найти ответ, ученые с помощью суперкомпьютера провели шестимерное моделирование коронального газа. Оказалось, обе гипотезы можно объединить в одну. Два процесса связывает недавно обнаруженный физический эффект «спирального барьера». Он ограничивает нагрев электронов, не давая турбулентному каскаду энергии спуститься с уровня ионов. При этом остановленную энергию турбулентного потока спиральный барьер преобразует в ионно-циклотронные волны.

Когда ученые смоделировали турбулентность, способную породить достаточные для нагрева короны ионно-циклотронные волны, они обнаружили на поверхности звезды вихри, напоминающие те, которые на самом деле наблюдал космический аппарат Nasa Parker Solar Prob, недавно вошедший в корону Солнца.

Понимание процессов, происходящих в атмосфере Солнца, необходимо из-за огромного влияния солнечного ветра на нашу планету. Результатом взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли становится множество событий — от северного сияния до радиации, которая может разрушать спутники, и геомагнитных бурь, повреждающих энергосистемы.