Ученые давно задавались вопросом, почему горячие заряженные частицы в атмосфере нашего Солнца становится горячее по мере удаления от поверхности Солнца. Новое исследование может дать ответ, обнаружив, что сверхгорячая природа внешней атмосферы Солнца или «короны» может быть связана с интригующим поведением мелкомасштабных волн в этой туманной плазме. Эти волны, известные ученым как «кинетические волны Альвена» или «KAWs», представляют собой волнообразные колебания магнитных полей, проявляющиеся в движениях в фотосфере Солнца.
Полученные результаты могут дать важный ключ к разгадке, казалось бы, бросающей вызов физике «тайны нагрева короны», которая заключается в том, почему корона в сотни раз горячее видимой солнечной «поверхности» или фотосферы, излучающей весь видимый нами свет Солнца, сообщает журнал The Astrophysical Journal.
Команда, стоящая за этим исследованием, во главе с Сайедом Аязом, исследователем из Университета Алабамы в Хантсвилле, предполагает, что по мере распространения KAW рассеиваются и нагревают солнечную корону. Таким образом, они служат важным, хотя и маломасштабным, механизмом, посредством которого энергия передается в плазме солнца.
Солнечная корона во время затмения. john finney photography
Айяз сказал, что это явление может объяснить, почему видимая поверхность Солнца имеет температуру около 10 000 градусов по Фаренгейту (5500 градусов по Цельсию), в то время как корона, которая отмечает самую верхнюю часть атмосферы Солнца, имеет температуру более 2 миллионов градусов по Фаренгейту (1,1 миллиона градусов по Цельсию).
«В течение десятилетий было доказано, что волны Альфвена являются лучшими кандидатами для переноса энергии из одного места в другое», — сказал Аяз в недавнем заявлении. «До сих пор ни одна миссия солнечного космического аппарата не давала прогнозов относительно этих явлений вблизи Солнца».
Большая часть энергии Солнца исходит из его ядра, где происходит ядерный синтез. Это означает, что Солнце должно становиться горячее по мере погружения в него. Большинство слоев нашей звезды подчиняются этому принципу. Однако корона, несмотря на то, что находится на миллионы миль дальше от солнечного ядра, чем поверхность Солнца, все еще намного горячее фотосферы.
Аяз и его коллеги изучали влияние KAW в плазме, поднимающейся на высоту, равную 10 радиусам Солнца. На таких расстояниях, когда волны взаимодействуют с заряженной плазмой Солнца, которая заполнена «ионами», атомами, лишенными своих электронов, они «быстро рассеиваются, полностью передавая свою энергию частицам плазмы в виде тепла», сказал Аяз.
Результаты исследования группы показывают, что энергия волн может достигать короны и нагревать ее, хотя пока неясно, в какой степени она влияет на температуру короны.
Это новое исследование «дает важное представление о важнейшей проблеме преобразования энергии магнитного поля для нагрева плазмы, содержащей заряженные частицы, такие как протоны и электроны», — сказал Гэри Занк, директор Центра космических плазменных и аэрономических исследований при Университете Алабамы, который не принимал участия в работе.
Схема, показывающая слои Солнца, включая корону и лежащую под ней фотосферу. НАСА
Результаты последнего исследования подкреплены данными с Solar Orbiter Европейского космического агентства и Solar Dynamics Observatory (SDO) NASA. Ранее SDO обнаружила, что другой вид высокочастотной, дугообразной магнитной волны, распространяющейся через корону, также может сбрасывать большие объемы энергии во внешнюю атмосферу Солнца с течением времени, способствуя нагреванию слоя, температура которого составляет миллион градусов.
Аналогичные процессы, которые снабжают теплом солнечную корону, были в центре внимания недавней миссии зондирующей ракеты НАСА. Миссия, названная MaGIXS-2 — сокращение от второго полета рентгеновского спектрометра Marshall Grazing Incidence, была запущена в космос на несколько минут в середине июля для сбора рентгеновских лучей от Солнца.
Эти лучи особенно красноречиво свидетельствуют о том, как часто в нашей звезде высвобождаются выбросы энергии, что может помочь ученым узнать больше о том, как нагревается корона.
Пока ученые продолжают собирать воедино пазл о том, как солнечная корона становится такой горячей, другие механизмы нагрева, связанные с магнитным полем Солнца, исключаются. Например, ученые подозревали, что определенные S-образные изгибы в магнитном поле Солнца содержат много магнитной энергии, которая высвобождается в окружающую плазму, нагревая ее и ускоряя солнечные ветры, вызывающие бури.
Однако анализ первых 14 оборотов зонда Parker Solar Probe вокруг Солнца, представленный в отдельной статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, не обнаружил никаких доказательств наличия искомой особенности внутри короны.
Моджтаба Ахаван-Тафти, научный сотрудник Мичиганского университета, возглавлявший исследование, отметил в своем заявлении, что предстоящие полеты зонда Parker Solar Probe к Солнцу, которые, вероятно, состоятся уже в декабре этого года, могут пролить свет на эту многолетнюю тайну.