Видима поверхня Сонця або фотосфери має температуру близько 6000°C. Але в декількох тисячах км над нею – невелика відстань, якщо взяти до уваги розмір Сонця – сонячна атмосфера, також звана короною, в сотні разів гарячіша, і може досягати мільйона градусів Цельсія або вище. Цей сплеск температури, попри збільшену 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 Альвен запропонував 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 зірки. Теорія була попередньо прийнята, але нам все ще потрібен доказ у формі емпіричних спостережень, що ці хвилі існують. Недавнє дослідження, нарешті, досягло цього, підтвердивши 80-річну теорію Альвена і зробивши нас на крок ближче до використання цього високоенергетичного явища тут, на Землі.
Пекучі питання до Сонця
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 кілька мільйонів градусів Цельсія. Це означає, що температура в 1000 разів вище, ніж температура в фотосфері під нею, яка є поверхнею Червоного гіганта, яку ми бачимо з Землі. Оцінка тепла фотосфери завжди була відносно простою: нам просто потрібно виміряти світло, яке доходить до нас від нашої пекучої зірки, і порівняти його з моделями спектра, які пророкують температуру джерела світла.
Протягом багатьох десятиліть досліджень температура фотосфери незмінно оцінювалася приблизно в 6000°C. Відкриття Едлен і Гротріаном того, що сонячна корона набагато гарячіша, ніж фотосфера, попри те, що вона знаходиться далі від ядра Сонця, його основного джерела енергії, викликало у наукової спільноти багато міркувань.
Вчені звернулися до властивостей Сонця, щоб пояснити цю невідповідність. Сонце майже повністю складається з плазми, яка є сильно іонізованим газом, що несе електричний заряд. Рух цієї плазми в зоні конвекції – верхньої частини надр Сонця – породжує величезні електричні струми і сильні магнітні поля. Ці поля потім витягуються зсередини Сонця шляхом конвекції і виходять на його видиму поверхню у вигляді темних сонячних плям, які є скупченням магнітних полів, які можуть утворювати різні магнітні структури в сонячній атмосфері.
Теж цікаво: Величезний спалах від найближчого сусіда Сонця побив всі рекорди
Саме тут на допомогу приходить теорія Альвена. Він міркував, що в намагніченій плазмі Сонця будь-які об’ємні рухи електрично заряджених часток 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 трубкам сонячного магнітного потоку, перш ніж прорватися в корону, викликаючи її високу температуру. Ці магнітні плазмові хвилі тепер називаються альвенівськими хвилями, і їх роль в поясненні нагріву корони привела до того, що Альвен був удостоєний Нобелівської премії з фізики в 1970 році.
Нове джерело енергії
Але залишалася проблема спостереження за цими хвилями. На поверхні Сонця і в його атмосфері відбувається так багато всього – від явищ, у багато разів перевищуючих розмір Землі, до невеликих змін, які дозволяють побачити наші прилади, – що прямі спостереження за альвенівськими хвилями в фотосфері не були отримані раніше.
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 нам проводити докладніші спостереження і вимірювання Сонця.
Пряме відкриття альвенівських хвиль в фотосфері зірки – важливий крок до використання їх високого енергетичного потенціалу тут, на Землі. Вони можуть допомогти, наприклад, в дослідженні ядерного синтезу, який є процесом, що відбувається всередині Сонця, при якому невелика кількість речовини перетворюється на величезну кількість енергії.
Оскільки багато секретів нашого гарячого сусіда ще належить відкрити, в тому числі властивості сонячного магнітного поля, це захоплюючий час для досліджень Сонця. Виявлення альвенівських хвиль – лише один з вкладів в ширшу область, яка намагається розкрити його загадки для практичного застосування на Землі.
Читайте також:
- Вчені виявили захоплюючі магнітні хвилі в фотосфері Сонця
- Місії на Місяць під загрозою через сонячні бурі?