Десятилетиями физики не могли объяснить фундаментальный парадокс Солнца: его внешняя атмосфера, или корона, раскалена до миллионов градусов, в то время как видимая поверхность, фотосфера, имеет температуру всего около 5500 градусов по Цельсию. Эта загадка неразрывно связана с происхождением солнечного ветра — потока заряженных частиц, который истекает от звезды со скоростью более 1,6 миллиона километров в час.
Ключевой прорыв в решении этой проблемы был опубликован 24 октября в журнале Nature Astronomy. Используя телескоп нового поколения, ученые впервые смогли напрямую наблюдать неуловимые магнитные волны, которые оказались главным кандидатом на роль механизма нагрева короны. Эти структуры, известные как волны Альфвена, переносят энергию от турбулентной поверхности Солнца вверх, в его разреженную атмосферу.
Наблюдения показали, что волны Альфвена присутствуют в атмосфере Солнца постоянно и несут в себе колоссальное количество энергии. Согласно анализу, возглавляемому Ричардом Мортоном, профессором физики Солнца в Нортумбрийском университете, эти волны могут обеспечивать «по меньшей мере половину энергии, необходимой для нагрева короны».
Открытие стало возможным благодаря самому большому в мире наземному солнечному телескопу — 4-метровому телескопу Дэниела К. Иноуэ (DKIST), который управляется Национальным научным фондом США и расположен на Гавайях. Его беспрецедентное разрешение позволило получить более четкие измерения с меньшим уровнем шума, чем у любого предыдущего инструмента.
Для обнаружения волн ученые использовали прибор Cryogenic Near Infrared Spectropolarimeter (Cryo-NIRSP). Он позволил составить карту движений в корональной плазме — перегретом газе Солнца. Фирменным признаком волн Альфвена является «возвратно-поступательное скручивание магнитного поля». Это скручивание регистрируется с помощью эффекта Доплера.
Визуально на приборах это проявилось как «чередующийся узор красных и синих доплеровских сдвигов по разные стороны магнитных полей». Постоянное присутствие этого сигнала в течение всего периода наблюдений доказывает, что волны Альфвена являются повсеместным явлением в атмосфере Солнца.
Существование таких волн было теоретически предсказано еще в 1942 году шведским физиком плазмы и лауреатом Нобелевской премии Ханнесом Альфвеном. Однако на протяжении 80 лет у астрономов не было инструментов с достаточной чувствительностью, чтобы разрешить их тонкие движения и подтвердить теорию прямыми наблюдениями.
Это открытие помогает разрешить давний научный спор между двумя ведущими теориями нагрева короны. Конкурирующей гипотезой было магнитное пересоединение — процесс, при котором линии магнитного поля резко разрываются и воссоединяются, высвобождая энергию. Новые данные показывают, что оба механизма играют важную роль.
Данные, полученные телескопом DKIST, а также миссиями Parker Solar Probe от NASA и Solar Orbiter от Европейского космического агентства, подтверждают, что «и волны, и пересоединение происходят часто». Понимание соотношения их вкладов в общий энергетический бюджет Солнца кардинально меняет модели звезды.
Это знание не только решает одну из главных загадок гелиофизики, но и позволяет ученым лучше понять эволюцию планетных систем вокруг других звезд. На практике уточненные модели позволят создавать более точные краткосрочные прогнозы активности солнечного ветра, что имеет решающее значение для предсказания космической погоды.
Изображение носит иллюстративный характер
Ключевой прорыв в решении этой проблемы был опубликован 24 октября в журнале Nature Astronomy. Используя телескоп нового поколения, ученые впервые смогли напрямую наблюдать неуловимые магнитные волны, которые оказались главным кандидатом на роль механизма нагрева короны. Эти структуры, известные как волны Альфвена, переносят энергию от турбулентной поверхности Солнца вверх, в его разреженную атмосферу.
Наблюдения показали, что волны Альфвена присутствуют в атмосфере Солнца постоянно и несут в себе колоссальное количество энергии. Согласно анализу, возглавляемому Ричардом Мортоном, профессором физики Солнца в Нортумбрийском университете, эти волны могут обеспечивать «по меньшей мере половину энергии, необходимой для нагрева короны».
Открытие стало возможным благодаря самому большому в мире наземному солнечному телескопу — 4-метровому телескопу Дэниела К. Иноуэ (DKIST), который управляется Национальным научным фондом США и расположен на Гавайях. Его беспрецедентное разрешение позволило получить более четкие измерения с меньшим уровнем шума, чем у любого предыдущего инструмента.
Для обнаружения волн ученые использовали прибор Cryogenic Near Infrared Spectropolarimeter (Cryo-NIRSP). Он позволил составить карту движений в корональной плазме — перегретом газе Солнца. Фирменным признаком волн Альфвена является «возвратно-поступательное скручивание магнитного поля». Это скручивание регистрируется с помощью эффекта Доплера.
Визуально на приборах это проявилось как «чередующийся узор красных и синих доплеровских сдвигов по разные стороны магнитных полей». Постоянное присутствие этого сигнала в течение всего периода наблюдений доказывает, что волны Альфвена являются повсеместным явлением в атмосфере Солнца.
Существование таких волн было теоретически предсказано еще в 1942 году шведским физиком плазмы и лауреатом Нобелевской премии Ханнесом Альфвеном. Однако на протяжении 80 лет у астрономов не было инструментов с достаточной чувствительностью, чтобы разрешить их тонкие движения и подтвердить теорию прямыми наблюдениями.
Это открытие помогает разрешить давний научный спор между двумя ведущими теориями нагрева короны. Конкурирующей гипотезой было магнитное пересоединение — процесс, при котором линии магнитного поля резко разрываются и воссоединяются, высвобождая энергию. Новые данные показывают, что оба механизма играют важную роль.
Данные, полученные телескопом DKIST, а также миссиями Parker Solar Probe от NASA и Solar Orbiter от Европейского космического агентства, подтверждают, что «и волны, и пересоединение происходят часто». Понимание соотношения их вкладов в общий энергетический бюджет Солнца кардинально меняет модели звезды.
Это знание не только решает одну из главных загадок гелиофизики, но и позволяет ученым лучше понять эволюцию планетных систем вокруг других звезд. На практике уточненные модели позволят создавать более точные краткосрочные прогнозы активности солнечного ветра, что имеет решающее значение для предсказания космической погоды.
