Открытые зондом Solar Orbiter «костерки» объяснили температурную аномалию солнечной короны — Naked Science
Василий Парфенов

Открытые зондом Solar Orbiter «костерки» объяснили температурную аномалию солнечной короны

7.6

Автоматический исследовательский аппарат Solar Orbiter не успел начать основную программу своей миссии, а уже прославился интригующими открытиями. В прошлом году его приборы зафиксировали новый тип солнечных вспышек — сравнительно маленькие «костерки». Теперь ученые предложили механизм их формирования, который заодно проясняет одну из главных загадок Солнца — невероятно высокую температуру короны.

Открытые зондом Solar Orbiter «костерки» могут объяснить температурную аномалию солнечной короны
©Y. Chen, D. Przybylski, H. Peter, H. Tian, F. Auchère, D. Berghmans, Transient small-scale brightenings in the quiet solar corona: A model for campfires observed with Solar Orbiter, DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140638

Физика протекающих в звездах процессов — не до конца понятная область знаний, но при этом невероятно важная для познания законов Вселенной. Ученые давно обнаружили некоторую странность в температурах разных слоев Солнца. Его поверхность (фотосфера) разогрета «всего» до 4500-6000 градусов Цельсия, что существенно горячее конвективной зоны звезды, лежащей под ней. Температура этой области плавно повышается с вышеуказанных для фотосферы значений до двух миллионов градусов по мере углубления в недра Солнца.

Еще глубже расположена зона лучистого переноса, температура которой тоже растет по мере приближения к ядру звезды — с двух миллионов градусов до семи. И, наконец, центральная часть Солнца, его ядро, разогрето термоядерными реакциями до фантастических 15 миллионов градусов (уже не важно, Цельсия или Кельвина). Зависимость вполне очевидна: чем глубже, тем горячее, поэтому атмосфера звезды должна быть сравнительно холодной. Но это не так: в хромосфере гипотетический адамантиевый градусник покажет 25 тысяч градусов, а в простирающейся на миллионы километров вокруг Солнца короне плазма снова разогревается до миллиона градусов.

Открытые зондом Solar Orbiter «костерки» объяснили температурную аномалию солнечной короны
Красочная инфографика ЕКА, демонстрирующая структуру Солнца / ©ESA, S.Poletti

Да, корона невероятно разрежена, поэтому попавший в нее объект, скорее всего, испарится не из-за воздействия плазмы, а получив энергию от излучения звезды. Но факт остается труднообъяснимым: что передает улетучивающемуся с Солнца веществу такую большую энергию? Долгое время высказывали самые разные теории, но полноценно ответить на вопрос до сих пор не получается. Зато замечательный зонд Solar Orbiter, похоже, имеет все шансы как минимум приоткрыть завесу тайны над этими процессами.

«Костерки»

Через несколько месяцев после запуска ученые обработали первые полученные с Solar Orbiter данные. Аппарат был еще очень далек от своей целевой орбиты вокруг светила, но его инструменты начали работу — частично для калибровки и проверки, частично, чтобы начать сбор ценной информации как можно быстрее. На снимках, сделанных телескопом Extreme Ultraviolet Imager (EUI) на борту зонда, проявились совсем миниатюрные, по звездным меркам, вспышки.

©ESA, YouTube

Эти потоки плазмы, возникающие на высоте всего в одну-пять тысяч километров над фотосферой (видимой поверхностью звезды), получили прозвище «костерки» (campfires). Они имеют вытянутую форму (обусловленную дугами магнитных полей) и протяженность от 400 до четырех тысяч километров. Длительность таких маленьких солнечных вспышек не превышает трех с небольшим минут (200 секунд), а иногда они возникают всего на десятки секунд.

Что самое интересное, так это температура плазмы в этих образованиях: 1-1,6 миллиона градусов. В общем фоне излучения Солнца столь горячие (а значит, и яркие) вспышки почти незаметны, но возникают постоянно. В первом наборе снимков с Solar Orbiter ученые насчитали полторы тысячи «костерков», а наблюдения с помощью EUI проводили всего несколько часов. Учитывая подозрительно знакомые цифры температуры, логично предположить, что именно эти небольшие солнечные вспышки могут объяснить нагрев плазмы в короне.

Открытые зондом Solar Orbiter «костерки» объяснили температурную аномалию солнечной короны
Известные на данный момент параметры костерков в фотосфере Солнца / ©Solar Orbiter, EUI Team, ESA & NASA, Berghmans et al (2021), Chen et al (2021)

Моделирование, раскрывшее механизм

Это смелое предположение требовало проверки. Яцзе Чэнь (Yajie Chen) из Пекинского университета и профессор Харди Петер (Hardi Peter) из Института исследования Солнечной системы Общества Макса Планка взялись за единственный инструмент, доступный астрофизикам в ожидании новых данных с Solar Orbiter, — моделирование. Объединив в компьютерной симуляции известные на данный момент процессы, которые происходят в фотосфере, они получили интересные результаты.

Модель учитывала излучение звезды в фотосфере и различные конфигурации магнитных полей. При определенных условиях симуляция выдавала картинку, невероятно похожую на реально наблюдаемые костерки. Рассказывая о своей работе, Чэнь и Петер аккуратно отмечают, что это лишь первое осторожное предположение и его еще предстоит не раз перепроверить. Но даже в таком свете предложенный механизм формирования выглядит многообещающе реалистичным.

©ESA, YouTube

В своем моделировании китайский и немецкий ученые предложили процесс составного пересоединения магнитных линий (component reconnection) в качестве основного механизма возникновения костерков. Явление магнитного пересоединения известно давно: встречающиеся друг с другом силовые линии магнитного поля разных доменов перестраиваются и высвобождают энергию. Обычно это происходит, когда такие пересоединяющиеся линии направлены друг навстречу другу.

Однако «костерки» формируются почти параллельными силовыми линиями магнитного поля, которые закручиваются в жгуты. Моделирование показывает, что высвобождающейся в результате этого процесса энергии достаточно для нагрева плазмы до наблюдаемых Solar Orbiter температур. А учитывая количество миниатюрных солнечных вспышек на поверхности звезды, и короны заодно.

Результаты работы представили и обсуждали на Генеральной ассамблее Европейского союза наук о Земле (EGU). Две соответствующие научные публикации размещены в рецензируемом журнале Astronomy & Astrophysics. А Европейское космическое агентство (ЕКА) подготовило подробный и красочный рассказ о многообещающем открытии.

Проверка гипотез и большие надежды

Созданный ЕКА зонд Solar Orbiter должен начать основную миссию в ноябре этого года. Он запущен в феврале 2020-го и рассчитан не менее чем на семь лет активной работы. Каждые полгода аппарат будет совершать сближение с Солнцем на рекордно близкие расстояния.

После каждого из них зонд слегка изменит наклонение орбиты и сможет наблюдать новые области звезды. На борту Solar Orbiter — десять научных инструментов для измерения параметров солнечной плазмы, высокоэнергетических частиц и магнитных полей. Ну и, конечно, камеры с телескопами — для оптического, ультрафиолетового и гамма-диапазонов электромагнитного излучения.

Полученные Чэнь и Петером результаты удастся проверить в ближайший год. Для этого ученые планируют объединить усилия с аппаратом NASA Solar Dynamics Observatory (SDO), находящимся на околоземной орбите. Когда это произойдет точно, сказать пока нельзя, известно одно: в распоряжении астрофизиков еще никогда не было настолько детализированных данных о Солнце.

Фактически каждый близкий пролет Solar Orbiter около звезды сулит ученым десятки открытий. А учитывая, что, помимо коллаборации с SDO, команда европейского зонда запланировала синхронизировать наблюдения с еще одним мощнейшим зондом — Parker Solar Probe, — нас ждет много невероятно интересных новостей.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
9 часов назад
68 минут
Ольга Иванова

Своими корнями история Армении уходит в глубокую древность и неразрывно связана с историей всего Древнего мира. Но зачастую, зная в деталях историю Рима и Древней Греции, мы в гораздо меньшей степени осведомлены о событиях, происходивших в Античное время в Армении, оказавшейся на перекрестке цивилизаций Запада и Востока. В силу многих причин она не попала в должном объеме в учебники и незнакома тем, кто интересуется историей. Попытаемся хоть немного исправить эту несправедливость.

Вчера, 10:07
6 минут
Сергей Васильев

Первые сейсмические данные о внутренней структуре Красной планеты показали ее удивительно толстую кору и большое расплавленное ядро.

5 часов назад
5 минут
Илья Ведмеденко

Специалистам «Роскосмоса» удалось запустить основные двигатели нового модуля «Наука». Ранее сообщалось о технических неполадках, возникших после старта.

21 июля
22 минуты
Александр Березин

Существующие континенты движутся к слиянию в один — это лишь вопрос времени, считают большинство исследователей. Группа ученых решила выяснить, что будет с обитаемостью Земли после того, как это слияние завершится. Как оказалось, температура на планете существенно вырастет при любом исходе. Но в случае формирования одного из двух возможных суперконтинентов на суше станет намного холоднее. Если возникнет второй суперконтинент, доля обитаемой твердой поверхности, напротив, возрастет. Почему так получается и что из этого следует?

21 июля
4 минуты
Сергей Васильев

До сих пор было неизвестно, могут ли плоды передавать сигналы материнскому растению, но опыты, поставленные на томатах, показали, что это действительно происходит.

18 июля
5 минут
Илья Ведмеденко

Представлены первые фотографии перспективного российского боевого самолета, премьера которого состоится на грядущем авиасалоне МАКС. Ранее мы уже могли видеть новую машину, однако ее скрывал защитный чехол.

13 июля
5 минут
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
7 минут
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

11 июля
28 минут
Александр Березин

Еще год назад почти все были уверены, что эпидемия быстро закончится. Ведь научные исследования говорили: иммунитет переболевших очень сильный, а повторные заболевания крайне редки. Российские власти все еще верят в это: глава Роспотребнадзора Анна Попова утверждает, будто повторно болеет только 1%. От этого в России до сих пор ждут достижения «группового иммунитета» осенью — и, разумеется, снятия ковидных ограничений. К сожалению, это пустые надежды. Данные из других стран вообще не показывают реальной возможности достичь группового иммунитета за счет переболевших. Разбираемся в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: