Астрофизики предложили способ объяснения «проблемы нагрева Солнечной короны», заключающейся в резком повышении температуры при удалении от поверхности звезды. Для этого ученые объединили две предыдущие теории, которые связывали этот эффект с турбулентными потоками и магнитными волнами.
Обычно температура понижается с увеличением расстояния от источника тепла. Однако это правило не применимо к Солнцу. Температура его поверхности составляет шесть тысяч градусов Цельсия, но даже при удалении всего на несколько сотен километров от звезды наблюдается значительное повышение температуры. Корона Солнца может нагреваться до полутора миллионов градусов Цельсия, формируя поток ионизированных частиц – солнечный ветер, который достигает и нашей планеты.
Специалисты из Университета Отаго, расположенного в Новой Зеландии, выявили вероятное объяснение этого странного явления. Их исследование показало опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Ранее астрофизики связывали внезапное повышение температуры звезды с магнитными полями, но механизм их воздействия на газ оставался неясным. Этот вопрос получил название «проблема нагрева Солнечной короны». Для объяснения преобразования энергии магнитного поля в тепло было предложено несколько гипотез. Среди них наиболее известна версия о том, что нагрев происходит из-за турбулентных потоков внутри атмосферы звезды, переносящих энергию в корону. Другая гипотеза предполагает, что причиной являются особые ионно-циклотронные магнитные волны.
Ни одна из предложенных гипотез не объясняет всех полученных данных. Космические аппараты зафиксировали наличие низкочастотной турбулентности, способной переносить энергию из звезды в ее атмосферу. Тем не менее, она не способна объяснить, почему ионы в короне Солнца нагреваются сильнее, чем электроны. Предполагается, что причиной такого эффекта могли бы быть высокочастотные ионно-циклотронные волны, однако их интенсивности недостаточно для нагрева газа до отмеченных температур, а их происхождение остается неясным.
Для поиска ответа ученые использовали суперкомпьютер и провели шестимерное моделирование коронального газа. В результате выяснилось, что обе гипотезы могут быть объединены в единую. Два процесса взаимосвязаны благодаря недавно обнаруженному физическому эффекту – «спиральному барьеру». Он ограничивает нагрев электронов, препятствуя передаче энергии турбулентным каскадом с уровня ионов. Таким образом, спиральный барьер преобразует остановленную энергию турбулентного потока в ионно-циклотронные волны.
Моделирование турбулентности, необходимой для генерации ионно-циклотронных волн, способных нагревать корону, показало наличие на поверхности звезды вихрей, схожих с теми, что были зафиксированы аппаратом Parker Solar Probe, недавно приблизившимся к солнечной короне.
Изучение процессов, протекающих в атмосфере Солнца, критически важно, поскольку солнечный ветер оказывает значительное воздействие на Землю. Взаимодействие солнечного ветра с магнитным полем нашей планеты порождает широкий спектр явлений: от полярных сияний до радиации, способной вывести из строя спутники, и геомагнитных бурь, представляющих угрозу для работы энергетических систем.