На протяжении десятилетий учёные были озадачены значительным парадоксом: почему внешняя атмосфера Солнца, корона, намного горячее – миллионы градусов – чем его видимая поверхность, температура которой составляет около 9 932 градуса по Фаренгейту (5 500 градусов Цельсия). Теперь, используя самую мощную в мире солнечную телескопу, исследователи наблюдали скручивающиеся магнитные волны – открытие, которое может помочь раскрыть эту давнюю загадку.
Открытие тороидальных волн Альфвена
Исследовательская группа, используя данные телескопа Даниэля К. Иноуйе на Гавайях, напрямую наблюдала небольшие скручивания магнитного поля на Солнце – в частности, тороидальные волны Альфвена. Эти волны, предсказанные в 1942 году шведским лауреатом Нобелевской премии Ганнесом Альфвеном, представляют собой магнитные возмущения, которые распространяются через солнечную плазму – сверхнагретый, электрически заряженный газ. Хотя более крупные версии этих волн ранее были связаны с солнечными вспышками, эти меньшие, постоянные скручивающиеся волны оставались неуловимыми до настоящего времени.
«Это открытие знаменует собой окончание десятилетних поисков этих волн, которые начались в 1940-х годах», – заявил Ричард Мортон, профессор Университета Нортумбриа в Великобритании, возглавивший исследование.
Почему эти волны важны: Загадка солнечного нагрева
Учёные давно подозревают, что эти небольшие волны способны непрерывно передавать энергию с поверхности Солнца в его атмосферу. Этот процесс будет питать солнечный ветер и, что критически важно, нагревать корону до невероятных температур. Результаты дают весомую поддержку теоретическим моделям, пытающимся объяснить, как магнитные турбулентности переносят и рассеивают энергию в верхнем слое атмосферы Солнца. Наличие прямых наблюдений позволяет исследователям теперь проверять эти модели на основе того, что они фактически наблюдают.
Беспрецедентные наблюдения Солнца
Чтобы прийти к своим выводам, команда Мортона использовала телескоп Иноуйе, который получает самые высокоразрешающие изображения Солнца, когда-либо достигнутые. Четырехметровая ширина телескопа позволяет обнаруживать слабые сдвиги света, раскрывая, как плазма течет через корону с беспрецедентной детализацией.
В период ввода телескопа в строй в октябре 2023 года команда отслеживала атомы железа, нагретые до ошеломляющих 1,6 миллиона градусов Цельсия, и наблюдала слабые красные и синие сдвиги на противоположных сторонах магнитных петель. Эти сдвиги являются характерным признаком скручивающихся волн Альфвена.
Техника: Спектроскопия и скрытое движение
Скручивание линий магнитного поля Солнца тонкое, что затрудняет его обнаружение напрямую на изображениях. Поэтому команда применила технику, называемую спектроскопией, которая измеряет, как горячий газ движется к Земле или от нее. Это движение тонко изменяет цвет света – красный, когда он удаляется, и синий, когда он приближается – таким образом раскрывая скрытый скручивающийся узор в атмосфере Солнца.
«Движение плазмы в короне Солнца в основном определяется колебательными движениями», – объяснил Мортон. «Мне пришлось разработать способ удаления колебаний, чтобы изолировать и идентифицировать скручивание».
Результаты: Постоянное движение и передача энергии
Результаты показывают, что даже в самых спокойных регионах Солнца корона заполнена тороидальными волнами Альфвена. Эти волны постоянно вращают линии магнитного поля Солнца, транспортируя энергию вверх через солнечные слои. Эта передача энергии из нижнего слоя атмосферы в корону в конечном итоге приводит к высвобождению тепла, что даёт новые представления о загадке того, почему корона Солнца намного горячее, чем его поверхность.
Для Мортона и его коллег это долгожданное обнаружение открывает новые направления исследований о том, как эти волны распространяются и в конечном итоге рассеивают энергию в короне.
Это открытие представляет собой значительный шаг вперёд в понимании сложной динамики Солнца и его атмосферы, обещая пролить свет на одну из самых живучих загадок в солнечной физике.
