29 апреля
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.
Вчера, 12:28
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

Вчера, 20:11
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

Позавчера, 15:57
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили новые изображения мощнейшего в истории Китая авианосца, который находится на заключительной стадии строительства. Кроме того, художник детально изобразил авиагруппу, состоящую из перспективных истребителей пятого поколения.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

12 октября
Елена Синицкая

Управление древностей Израиля обнародовало итоги раскопок огромного винодельческого комплекса. На нем в византийское и раннеисламское время делали виноградное вино, которым снабжали многие страны Средиземноморья.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: