Ученые раскрывают 70-летнюю тайну нагрева солнечной короны
AstroNews.ru - 24 Августа 2015 17:16:41
Гелиофизики зафиксировали первые прямые признаки резонансного поглощения, что, как полагают ученые, может сыграть важную роль в решении проблемы нагрева солнечной короны. Ее исследователи пытаются объяснить уже более 70 лет.
В ходе новейшего исследования международная группа, включающая ученых из Японии, США и Европы и возглавляемая Джотеном Окамото и Патриком Антолино, использовала данные, полученные с помощью японского космического аппарата Hinode и аппарата IRIS агентства НАСА, а также суперкомпьютер ATERUI в Национальной астрономической обсерватории Японии для моделирования. Комбинированные данные позволили исследователям обнаружить и идентифицировать характерные признаки резонансного поглощения.
Резонансное поглощение – это процесс, в ходе которого магнитные волны двух различных типов резонируют, в результате чего волны одного типа усиливаются. В частности, данное исследование было проведено на магнитных волнах, известных как волны типа Alfvénic, которые могут распространяться через нитевидные структуры прохладного плотного газа, плавающие в короне. Здесь исследователи впервые смогли наблюдать непосредственно резонансное поглощение между поперечными волнами и волнами скручивания. Это образовывало турбулентный поток, который нагревал упомянутые нитевидные структуры. Поперечное движение позволяет наблюдать аппарат Hinode, в то время как крутильное движение – аппарат IRIS. Таким образом, получить такие результаты не представлялось бы возможным без обоих спутников.
Полученные данные могут помочь ученым объяснить, как солнечная корона достигает температуры в 1 000 000 градусов по Цельсию, что представляет собой так называемую проблему нагрева солнечной короны.
Солнечная корона – внешний слой атмосферы Солнца – состоит из газа, раскаленного до экстремально высоких температур, известного как плазма. Температура при этом достигает миллионов градусов по Цельсию. Ввиду того, что этот слой является наружным, а значит наиболее удаленным от ядра, где проходят ядерные реакции, логично было бы ожидать, что он будет наиболее прохладным. Однако в действительности, он в 200 раз горячее фотосферы – слоя, расположенного под ним. Это противоречие в науке и принято называть проблемой нагрева солнечной короны. Астрофизики озадачены ею с тех пор, как температура короны была измерена впервые – более 70 лет назад.
Космические миссии, цель которых состоит в наблюдении за Солнцем, и другие технологические достижения показали, что магнитное поле Солнца играет существенную роль в этой загадке. Однако ключом к решению проблемы нагрева солнечной короны станет понимание того, как магнитная энергия может быть эффективно преобразована в тепло в короне.
Чтобы найти и понять этот механизм преобразования ученые и исследовали данные, полученные от двух сверхсовременных аппаратов Hinode и IRIS. Последний является новейшим аппаратом, нацеленным на наблюдения за Солнцем, агентства НАСА. Миссия была запущена в 2013 году.
Как показала построенная на основе полученных данных модель, резонансный поток вдоль поверхности нитей может стать турбулентным. Возникновение турбулентности имеет большое значение, так как в результате энергия волн может преобразовываться в тепловую энергию.
Согласно этой модели, то, что наблюдали ученые, является результатом двухфазного процесса. Первым делом резонансное поглощение трансформирует энергию в крутильные движения, создавая резонансный поток вдоль поверхности нитей. Затем турбулентность в этом резонансном потоке преобразовывает энергию в тепло.
Результаты исследования были опубликованы в последнем выпуске журнала The Astrophysical Journal.