Чому атмосфера Сонця у сотні разів гарячіша за його поверхню

Видима поверхня Сонця або фотосфера має температуру близько 6000° C. Але в декількох тисячах кілометрів над ним – це невелика відстань, якщо врахувати розмір Сонця – сонячна атмосфера, також звана короною, в сотні разів більш гаряча, досягаючи мільйона градусів за Цельсієм або й вище.

Такий сплеск температури, незважаючи на значну відстань від основного джерела енергії – Сонця, спостерігається у більшості зірок і є фундаментальною загадкою, над якою астрофізики міркували протягом десятиліть.

У 1942 році шведський вчений Ханнес Альфвен запропонував своє пояснення. Він припустив, що намагнічені хвилі плазми можуть переносити величезну кількість енергії вздовж магнітного поля Сонця з його внутрішньої частини в корону, минаючи фотосферу, перш ніж вибухнути теплом у верхніх шарах атмосфери нашої зірки.

Теорія була попередньо прийнята, але нам все ще потрібен доказ у формі емпіричних спостережень, що такі хвилі існують. Недавнє дослідження, нарешті, досягло цього, підтвердивши 80-річну теорію Альфвена і зробивши нас на крок ближче до використання цього високоенергетичного явища тут, на Землі.

Пекучі питання

Проблема нагріву корони виникла з кінця 1930-х років, коли шведський спектроскопіст Бенгт Едлен і німецький астрофізик Вальтер Гротріан вперше спостерігали явища в сонячній короні, які могли бути присутніми тільки в тому випадку, якщо її температура становила б кілька мільйонів градусів за Цельсієм.

Це означає, що температура в 1000 разів вища, ніж температура в фотосфері під нею, яка представляє собою поверхню Сонця, яку ми бачимо з Землі. Оцінка тепла фотосфери завжди була відносно простою: нам просто потрібно виміряти світло, яке доходить до нас від Сонця, і порівняти його з моделями спектра, які визначають температуру джерела світла.

Читайте також:  Сонце вбиває коронавірус за пів години - вчені

Протягом багатьох десятиліть досліджень температура фотосфери незмінно оцінювалася приблизно в 6000 ° C. Відкриття Едленом і Гротріаном того, що сонячна корона набагато гарячіша, ніж фотосфера, незважаючи на те, що вона знаходиться далі від ядра Сонця, його основного джерела енергії, викликало у наукової спільноти запаморочення.

Вчені звернулися до властивостей Сонця, щоб пояснити цю невідповідність. Сонце майже повністю складається з плазми, яка представляє собою сильно іонізований газ, що несе електричний заряд. Рух цієї плазми в конвективній зоні – верхній частині надр Сонця – породжує величезні електричні струми і сильні магнітні поля.

Ці поля потім витягуються зсередини Сонця за рахунок конвекції і виходять на його видиму поверхню у вигляді темних сонячних плям, які представляють собою скупчення магнітних полів, що можуть утворювати різні магнітні структури в сонячній атмосфері.

Саме тут на допомогу приходить теорія Альфвена. Він міркував, що в намагніченій плазмі Сонця рухи електрично заряджених частинок будуть збурювати магнітне поле, створюючи хвилі, які можуть переносити величезну кількість енергії на великі відстані – від поверхні Сонця до його верхніх шарів атмосфери. Тепло проходить по так званим трубках сонячного магнітного потоку, перш ніж прорватися в корону, викликаючи її високу температуру.

Ці магнітні плазмові хвилі тепер називаються альфвеновськими хвилями, і їх роль в поясненні нагріву корони привела до того, що Альфвен був удостоєний Нобелівської премії з фізики в 1970 році.

Спостереження за альфвенівськими хвилями

Прямі спостережні докази альфвенівських хвиль в фотосфері раніше не були отримані.

Читайте також:  На Сонці стався вибух неймовірної сили

Але недавні досягнення в приладобудуванні відкрили нове вікно, через яке ми можемо вивчати фізику Сонця. Одним з таких інструментів є інтерферометричний двовимірний спектрополяриметр (IBIS) для спектроскопії зображень, встановлений на сонячному телескопі Данна в американському штаті Нью-Мексико. Цей інструмент дозволив проводити більш докладні спостереження і вимірювання Сонця.

Нове джерело енергії

Пряме відкриття альфвенівських хвиль в фотосфері Сонця є важливим кроком на шляху до використання їх високого енергетичного потенціалу тут, на Землі. Наприклад, вони можуть допомогти нам в дослідженні ядерного синтезу, який являє собою процес, що відбувається всередині Сонця, при якому невелика кількість речовини перетворюється у величезну кількість енергії.

Створення чистої енергії шляхом відтворення ядерного синтезу Сонця на Землі залишається величезною проблемою, тому що нам все ще потрібно швидко створити 100 мільйонів градусів за Цельсієм, щоб синтез міг відбутися. Хвилі Альфвена можуть бути одним із способів зробити це. Наші зростаючі знання про Сонце показують, що це, безумовно, можливо – за правильних умовах.

Оскільки багато секретів Сонця ще належить відкрити, в тому числі властивості сонячного магнітного поля, це захоплюючий час для досліджень Сонця. Виявлення альфвенівських хвиль – всього лише один внесок в більш широку область, яка намагається розкрити інші таємниці Сонця для практичного застосування на Землі.

Джерело

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *