Загадка, почему корона Солнца, его внешняя атмосфера, раскалена до невообразимых миллионов градусов Цельсия, в то время как поверхность звезды относительно прохладна – всего около 6500 градусов, долгое время не давала покоя астрономам. Куда ни глянь, везде в природе тепло идёт от горячего к холодному, а Солнце, казалось, решило игнорировать этот закон. Новое исследование, к счастью для законов физики и спокойствия ученых, похоже, наконец-то пролило свет на эту огненную тайну.
Содержание
Кинетические альвеновские волны: неутомимые серферы Солнца
В центре внимания оказались кинетические альвеновские волны (КАВ) – особый тип низкочастотных волн плазмы. Представьте себе бескрайний океан магнитных линий Солнца, по которым, словно неутомимые сёрферы, скользят КАВ, унося с собой энергию из недр звезды.
«Альвеновские волны уже не одно десятилетие считаются главными подозреваемыми в деле о нагреве солнечной короны», — рассказывает Сайед Айаз, аспирант Центра космической плазмы и аэрономических исследований (CSPAR) при Университете Алабамы в Хантсвилле (UAH), именно он стоит за этим важным открытием.
Но как именно эти волны умудряются нагревать корону? Айаз и его команда решили разобраться в этом вопросе на микроуровне. В своей работе, опубликованной в престижном научном журнале, они использовали данные, собранные спутниками Viking и Freja, для создания детальной модели, демонстрирующей, как энергия КАВ превращается в тепло при взаимодействии с частицами плазмы.
От электромагнитных полей до тепла: рецепт солнечного супа
«Мы сосредоточились на исследовании возмущений электромагнитных полей, вектора Пойнтинга и скорости передачи энергии КАВ в солнечной атмосфере», — поясняет Айаз.
Оказалось, что КАВ, подобно микроскопическим печам, воздействуют на плазму на уровне отдельных частиц. Взаимодействуя с частицами, КАВ вызывают колебания электрического и магнитного полей. Эти колебания приводят к трению между частицами, что, как известно еще из школьного курса физики, вызывает выделение тепла. Этот процесс, называемый ленгмюровским затуханием, и является ключом к разгадке тайны солнечной короны.
Parker Solar Probe и Solar Orbiter: на передовой научных открытий
Работа Айаза и его команды стала возможна благодаря данным, полученным с современных космических аппаратов. «Мой интерес к этим волнам возник после запуска миссий Parker Solar Probe и Solar Orbiter. Эти миссии подняли важнейший вопрос о том, как происходит нагрев солнечной короны», — признается Айаз.
Parker Solar Probe, запущенный в 2018 году, уже успел стать рекордсменом, приблизившись к Солнцу на рекордно близкое расстояние. Этот аппарат предоставляет учёным бесценные данные о структуре и динамике корональной плазмы, магнитном поле Солнца, а также о потоках энергии, которые и являются причиной экстремальных температур.
Solar Orbiter, запущенный в 2020 году, ведёт наблюдения за Солнцем с другой орбиты, что позволяет получать стереоскопические изображения короны.
«До сих пор ни одна космическая миссия не предоставляла таких детальных данных о явлениях, происходящих вблизи Солнца, в пределах 0–10 солнечных радиусов. Наша работа фокусируется на изучении процессов нагрева КАВ именно в этом диапазоне», — добавляет Айаз.
Взгляд в будущее: раскрывая тайны Вселенной
Хотя исследование Айаза и его команды было сосредоточено на изучении КАВ в контексте солнечной короны, полученные результаты имеют гораздо более широкое значение. Понимание того, как эти волны переносят энергию и нагревают плазму, может помочь нам разгадать и другие загадки космоса, например, природу солнечного ветра, влияние которого ощущается на Земле, а также процессы, происходящие в межзвездной среде.
Так что, пока мы греемся под ласковыми лучами Солнца, ученые продолжают разгадывать его тайны. И теперь мы сможем с уверенностью сказать: «Мы знаем, почему корона Солнца такая горячая».
Читайте также: Солнце: не только свет, но и угроза
