Астрофизики выяснили, что нагревает атмосферу Солнца

Учёным впервые удалось наблюдать в хромосфере Солнца механизм выделения энергии, предсказанный 75 лет назад. Речь идёт о нагреве плазмы альвеновскими волнами. О достижении рассказывает научная статья, опубликованная в журнале Nature Physics командой во главе с Ребеккой Хьюитт (Rebecca Hewitt) из Университета Квинс в Белфасте.

На поверхности Солнца существуют мощные магнитные поля.
Иллюстрация Queen's University Belfast.

Родное светило находится к Земле так близко и изучается так давно, что, казалось бы, его устройство давным-давно должно быть "разложено по полочкам". Но звезда по имени Солнце не столь проста. Её жгучие лучи скрывают не менее жгучие загадки. Почему существует солнечный ветер? Как объяснить его наблюдаемые свойства? Каков механизм циклов солнечной активности? Этот список можно продолжать и продолжать.

Одна из самых волнующих тайн светила – механизм нагрева короны. Этот слой солнечной атмосферы имеет температуру в миллионы градусов (для сравнения: поверхность Солнца разогрета "всего" до шести тысяч). При этом температура резко возрастает в чрезвычайно узком переходном слое между короной и подстилающей её хромосферой. Что же там происходит?

Одна из самых популярных гипотез гласит, что дело в распространяющихся в плазме волнах, в том числе альвеновских. Поясним, о чём идёт речь.

Ещё в 1942 году шведский учёный Ханнес Альвен сделал вывод, что в плазме должны распространяться волны особого рода. Плазма – это газ из заряженных частиц. Где заряды, там ток, а где ток, там и магнитное поле. Альвеновская волна – это колебание, распространяющееся по силовой линии этого поля. Такие волны впоследствии были обнаружены в лаборатории, в связи с чем Альвен в 1970 году получил Нобелевскую премию по физике.

Открытие принесли наблюдения за спектром солнечного пятна.
Иллюстрация Queen's University Belfast.

Теоретикам с самого начала было ясно, что эти волны должны существовать и на Солнце. А переносимая ими энергия и может служить "нагревателем" для верхних слоёв солнечной атмосферы.

Однако одно дело предположить, и совсем другое – увидеть. С последним у наблюдателей вышла заминка длиной в три четверти века. Колебание магнитного поля – это ведь даже не сотрясение поверхности, которое, несмотря на огромные трудности, всё же удаётся наблюдать. И вот команда Хьюитт наконец обнаружила вожделенное явление, правда, не в короне Солнца, а несколько ниже – в хромосфере.

Учёные использовали наблюдения "солнечного" телескопа DST и орбитальной обсерватории SDO. Предметом их внимания стали процессы, протекающие в солнечном пятне. Напомним, что эти образования богаты мощными магнитными полями, параметры которых больше, чем у фонового поля Солнца.

Благодаря линиям кальция и железа в спектре излучения удалось зафиксировать локальное повышение температуры на 5%. Это немного, но именно такой результат и следовал из уравнений теории, решённых на мощном суперкомпьютере.

В общих чертах открытый учёными процесс выглядит так. Альвеновская волна, поднимаясь из нижних слоёв Солнца, создаёт в хромосфере ударную волну вроде взрывной. Эта волна, сталкиваясь с окружающей плазмой, передаёт ей свою энергию и тем самым нагревает её.

"Используя суперкомпьютеры, мы смогли проанализировать данные и впервые в истории продемонстрировать, что альвеновские волны способны резко увеличивать температуры плазмы", – заключает соавтор исследования Сэмуэль Грант (Samuel Grant), также из Университета Квинс в Белфасте.