Несмотря на то, что температура поверхности Солнца составляет около 6000 °C, внешняя его оболочка, корона, нагревается до нескольких миллионов градусов Цельсия. Ученые продолжают исследования, чтобы выяснить причину этого явления. Теперь, зафиксировав высокочастотные альвеновские волны – специфические колебания плазмы, движущиеся по линиям магнитного поля звезды – с помощью крупнейшего в мире наземного солнечного телескопа «Иноуэ», астрофизики сделали шаг к пониманию этого феномена.
Непосредственное наблюдение солнечной короны представляет собой сложную задачу, поскольку ее яркость в миллион раз меньше, чем у поверхности Солнца, а процессы, ответственные за ее нагрев, протекают в условиях крайне малых временных и пространственных масштабов. В связи с тем, что вопрос о механизме нагрева короны до сих пор остается открытым, ученые предложили ряд гипотез, однако ни одна из них на данный момент не получила окончательного подтверждения.
В 1970-х годах американский физик и астроном Юджин Паркер выдвинул гипотезу о том, что дополнительное тепло в корону Солнца доставляют нановспышки – небольшие, кратковременные эпизоды нагрева, возникающие во внешней области его атмосферы и способные в совокупности повысить температуру короны. Эти явления впервые были зафиксированы при помощи спектрографа IRIS в 2020 году, о чем Naked Science рассказывал ранее.
Согласно еще одной гипотезе, объясняющей механизм преобразования энергии магнитного поля в тепло, причиной нагрева 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.
Несмотря на растущую популярность гипотезы Паркера среди ученых, у нее есть серьезный соперник — гипотеза волнового нагрева. Согласно этой гипотезе, энергия в корону переносится альвеновскими волнами, которые поднимаются вдоль линий магнитного поля звезды и рассеиваются, преобразуясь в тепло. Эти волны, названные в честь лауреата Нобелевской премии Ханнеса Альвена, ранее наблюдали в низкочастотном диапазоне.
Международная группа исследователей во главе с Ричардом Дж. Мортоном из Нортумбрийского университета (Великобритания) провела измерения движения плазмы, используя телескоп «Иноуэ» и спектрополяриметр Cryo-NIRSP, установленный на нем. Этот прибор предназначен для изучения магнитных полей в солнечной короне и позволяет фиксировать инфракрасное излучение ионизированного железа (Fe XIII) на длине волны 1074 нанометра.
В ходе наблюдений ученые выявили выраженные признаки колебаний плазмы в верхних слоях атмосферы Солнца, которые представляют собой высокочастотные альвеновские волны. Полученные данные являются результатом нового исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Полученные результаты подтвердили наличие высокочастотных альвеновских волн, что позволило астрофизикам сделать шаг вперед в понимании механизмов нагрева солнечной короны. Однако эти данные противоречат существующим моделям солнечной динамики, поскольку ранее предполагалось, что подобные волны должны рассеиваться в хромосфере – среднем слое солнечной атмосферы – из-за значительного затухания.
Согласно проведенным расчетам, новые волны обладают меньшей энергией по сравнению с низкочастотными аналогами, что указывает на их неспособность служить главным фактором, вызывающим нагрев короны.
Несмотря на это, полученные данные представляют собой значительный прогресс в исследовании верхних слоев атмосферы звезды. Поскольку телескоп «Иноуэ» недавно начал функционировать, а в 2024 году составили карту магнитного поля солнечной короны, весьма вероятно, что в ближайшие годы проблема коронального нагрева, наконец, будет решена.