Астрономия

Ученые до сих пор пытаются понять, почему внешняя часть атмосферы Солнца — корона — раскалена до нескольких миллионов градусов Цельсия, в то время как температура поверхности светила составляет примерно 6000 °C. Теперь, запечатлев высокочастотные альвеновские волны — особые колебания плазмы, распространяющиеся вдоль линий магнитного поля звезды — с помощью крупнейшего в мире наземного солнечного телескопа «Иноуэ», астрофизики приблизились к разгадке этого феномена.

Напрямую наблюдать солнечную корону невероятно трудно — ее яркость в миллион раз ниже поверхности Солнца, а механизмы, участвующие в нагреве, происходят на очень малых временных и пространственных масштабах. Поскольку проблема коронального нагрева остается нерешенной, исследователи выдвинули несколько гипотез — правда, ни одна из них пока не считается окончательно доказанной.

В 1970-х годах американский физик и астроном Юджин Паркер (Eugene Parker) предположил, что дополнительное тепло в корону приносят так называемые нановспышки — малые эпизодические случаи нагревания, происходящие во внешней части атмосферы светила и способные суммарно нагреть корону. Впервые их наблюдали с помощью спектрографа IRIS в 2020 году, о чем Naked Science рассказывал ранее.

Еще одна гипотеза, описывающая как именно энергия магнитного поля преобразуется в тепло, гласит, что нагрев вызван турбулентными потоками внутри солнечной атмосферы, которые переносят энергию в корону — там она рассеивается в виде тепла. Эти предположения, однако, не согласуются с результатами наблюдений.

Хотя все больше ученых отдают предпочтение гипотезе Паркера, у нее есть серьезный конкурент — гипотеза волнового нагрева. Согласно ей, энергию в корону доставляют альвеновские волны, которые поднимаются вверх по линиям магнитного поля светила и рассеиваются, превращаясь в тепло. Эти волны, названные в честь нобелевского лауреата Ханнеса Альвена, ранее наблюдали в низкочастотном диапазоне.

Теперь международная исследовательская группа под руководством Ричарда Дж. Мортона (Richard J. Morton) из Нортумбрийского университета (Великобритания) с помощью телескопа «Иноуэ» и установленного на нем спектрополяриметра Cryo-NIRSP, предназначенного для наблюдений за магнитными полями в солнечной короне, измерила движение плазмы в инфракрасной линии излучения ионизированного железа (Fe XIII) на длине волны 1074 нанометра.

По итогу ученые зафиксировали четкие следы колебаний плазмы в верхней атмосфере Солнца, то есть высокочастотные альвеновские волны. Результаты нового исследования  опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Хотя полученные данные подтвердили существование высокочастотных альвеновских волн, позволив астрофизикам приблизиться к пониманию того, как именно Солнце «разжигает» корону, они расходятся с устоявшимися моделями солнечной динамики: ранее считалось, что подобные волны должны теряться еще в хромосфере — среднем слое солнечной атмосферы — из-за сильного затухания.

Расчеты также показали, что новоиспеченные волны переносят меньше энергии, чем их низкочастотные «собратья», а значит, не могут быть основным источником нагрева короны.

Тем не менее полученные результаты — важный шаг в изучении верхней части атмосферы светила. Поскольку телескоп «Иноуэ» недавно приступил к работе, а в 2024 году с его помощью составили карту магнитного поля солнечной короны, весьма вероятно, что в ближайшие годы проблема коронального нагрева, наконец, будет решена.