Десятиліттями вчені були збентежені значним парадоксом: чому зовнішня атмосфера Сонця, корона, набагато гарячіша — на мільйони градусів — ніж його видима поверхня, яка має приблизно 9932 градуси за Фаренгейтом (5500 градусів за Цельсієм). Тепер, використовуючи найпотужніший у світі сонячний телескоп, дослідники спостерігали звивисті магнітні хвилі – відкриття, яке може допомогти вирішити цю давню таємницю.
Відкриття тороїдальних хвиль Альфвена
Дослідницька група, використовуючи дані телескопа Даніеля К. Інує на Гаваях, безпосередньо спостерігала невеликі повороти в магнітному полі Сонця, зокрема, тороїдальні хвилі Альвена. Ці хвилі, передбачені в 1942 році шведським лауреатом Нобелівської премії Ганнесом Альфвеном, являють собою магнітні збурення, які поширюються через сонячну плазму — перегрітий, електрично заряджений газ. У той час як більші версії цих хвиль раніше асоціювалися з сонячними спалахами, ці менші, стійкі хвилі згортання залишаються невловимими досі.
«Це відкриття знаменує кінець десятирічного пошуку цих хвиль, який розпочався в 1940-х роках», — сказав Річард Мортон, професор Університету Нортумбрії у Великобританії, який керував дослідженням.
Чому ці хвилі важливі: таємниця сонячного опалення
Вчені давно підозрювали, що ці маленькі хвилі здатні безперервно передавати енергію від поверхні Сонця до його атмосфери. Цей процес буде живити сонячний вітер і, що критично, нагріватиме корону до неймовірних температур. Результати є сильною підтримкою теоретичних моделей, які намагаються пояснити, як магнітна турбулентність транспортує та розсіює енергію у верхніх шарах атмосфери Сонця. Наявність прямих спостережень дозволяє дослідникам тепер перевіряти ці моделі на основі того, що вони фактично спостерігають.
Безпрецедентні спостереження Сонця
Щоб дійти своїх висновків, команда Мортона використала телескоп Inouye, який створює зображення Сонця з найвищою роздільною здатністю, яку коли-небудь досягали. Чотириметрова ширина телескопа дозволяє йому виявляти тонкі зміни світла, показуючи, як плазма тече через корону з безпрецедентними деталями.
Коли телескоп увійшов у роботу в жовтні 2023 року, команда відстежувала атоми заліза, нагріті до приголомшливих 1,6 мільйона градусів Цельсія, і спостерігала слабкі червоні та сині зсуви на протилежних сторонах магнітних петель. Ці зрушення є характерною рисою звивистих хвиль Альвена.
Техніка: Спектроскопія та прихований рух
Скручування силових ліній магнітного поля Сонця незначне, що ускладнює виявлення безпосередньо на зображеннях. Тому команда використала техніку під назвою спектроскопія, яка вимірює, як гарячий газ рухається до Землі або від неї. Цей рух тонко змінює колір світла — червоний, коли воно віддаляється, і синій, коли воно наближається, — таким чином виявляючи приховану структуру звивистості в атмосфері Сонця.
«Рух плазми в сонячній короні в основному зумовлений коливальним рухом», — пояснив Мортон. «Мені довелося розробити спосіб усунення вібрацій, щоб ізолювати та ідентифікувати скручування».
Результат: постійний рух і передача енергії
Результати показують, що навіть у тихих областях Сонця корона заповнена тороїдальними хвилями Альфвена. Ці хвилі постійно обертають лінії магнітного поля Сонця, переносячи енергію вгору через сонячні шари. Ця передача енергії з нижніх шарів атмосфери в корону в кінцевому підсумку вивільняє тепло, відкриваючи нове розуміння таємниці того, чому корона Сонця набагато гарячіша за його поверхню.
Для Мортона та його колег це довгоочікуване відкриття відкриває нові напрямки дослідження того, як ці хвилі поширюються та, зрештою, розсіюють енергію в короні.
Відкриття являє собою значний крок вперед у розумінні складної динаміки Сонця та його атмосфери, обіцяючи пролити світло на одну з найбільш довговічних таємниць фізики Сонця.
