Вот почему атмосфера Солнца в сотни раз горячее его поверхности
Видимая поверхность Солнца, или фотосфера, имеет температуру около 6 000 °C. Но на высоте нескольких тысяч километров над ней — небольшое расстояние, если учесть размеры Солнца — солнечная атмосфера, называемая также короной, в сотни раз горячее, достигает миллиона градусов Цельсия и выше.
Такой скачок температуры, несмотря на увеличение расстояния от основного источника энергии Солнца, наблюдается у большинства звезд и представляет собой фундаментальную загадку, над которой астрофизики размышляли десятилетиями.
Волны Альфвена
В 1942 году шведский ученый Ханнес Альфвен предложил объяснение. Он предположил, что намагниченные волны плазмы могут переносить огромное количество энергии вдоль магнитного поля Солнца из его недр в корону, минуя фотосферу, прежде чем взорваться с выделением тепла в верхней атмосфере Солнца.
Теория была предварительно принята, но нам все еще требовалось доказательство в виде эмпирического наблюдения, что эти волны существуют. Результаты недавнего исследования наконец-то подтвердили 80-летнюю теорию Альфвена и приблизили нас на шаг к использованию этого высокоэнергетического явления на Земле.
Проблема коронального нагрева существует с конца 1930-х годов, когда шведский спектроскопист Бенгт Эдлен и немецкий астрофизик Вальтер Гротриан впервые наблюдали явления в короне Солнца, которые могли наблюдаться только при температуре в несколько миллионов градусов Цельсия.
Это означает, что температура в 1000 раз выше, чем в расположенной под ней фотосфере — поверхности Солнца, которую мы можем видеть с Земли. Оценить тепло фотосферы всегда было относительно просто: нужно лишь измерить свет, который доходит до нас от Солнца, и сравнить его со спектральными моделями, предсказывающими температуру источника света.
За многие десятилетия исследований температура фотосферы неизменно оценивалась примерно в 6000°C. Вывод Эдлена и Гротриана о том, что корона Солнца намного горячее фотосферы — несмотря на то, что она находится дальше от ядра Солнца, его конечного источника энергии, — вызвал много недоумений в научном сообществе.
Ученые обратились к свойствам Солнца, чтобы объяснить это несоответствие. Солнце почти полностью состоит из плазмы, которая представляет собой высокоионизированный газ, несущий электрический заряд. Движение этой плазмы в зоне конвекции — верхней части солнечной атмосферы — создает огромные электрические токи и сильные магнитные поля.
Эти поля затем затягиваются из недр Солнца конвекцией и вырываются на его видимую поверхность в виде темных солнечных пятен — скоплений магнитных полей, которые могут образовывать различные магнитные структуры в солнечной атмосфере.
Именно здесь и возникает теория Альфвена. Он рассудил, что в намагниченной плазме Солнца любые объемные движения электрически заряженных частиц будут нарушать магнитное поле, создавая волны, которые могут переносить огромное количество энергии на огромные расстояния — от поверхности Солнца до его верхних слоев атмосферы. Тепло перемещается по так называемым солнечным магнитным потоковым трубам, а затем прорывается в корону, создавая ее высокую температуру.
Эти магнитные плазменные волны теперь называются волнами Альфвена, и их роль в объяснении коронального нагрева привела к тому, что Альфвену была присуждена Нобелевская премия по физике в 1970 году.
Но оставалась проблема реального наблюдения этих волн. На поверхности Солнца и в его атмосфере происходит так много всего — от явлений, во много раз превышающих земные масштабы, до небольших изменений, не поддающихся разрешению наших приборов, — что прямых наблюдательных доказательств существования волн Альфвена в фотосфере до сих пор не было.
Но последние достижения в области измерительных приборов открыли новое окно, через которое мы можем изучать физику Солнца. Одним из таких приборов является интерферометрический двумерный спектрополяриметр (IBIS) для спектроскопии изображений, установленный на солнечном телескопе Данна в американском штате Нью-Мексико. Этот прибор позволил нам проводить гораздо более детальные наблюдения и измерения Солнца.
В сочетании с хорошими условиями наблюдения, передовым компьютерным моделированием и усилиями международной группы ученых из семи исследовательских институтов мы использовали IBIS, чтобы впервые подтвердить существование волн Альфвена в солнечных трубах магнитного потока.
Прямое открытие волн Альфвена в солнечной фотосфере является важным шагом к использованию их высокого энергетического потенциала здесь, на Земле. Например, они могут помочь нам в исследовании ядерного синтеза — процесса, происходящего внутри Солнца, в ходе которого небольшое количество материи преобразуется в огромное количество энергии. Наши нынешние атомные электростанции используют деление ядер, которое, по мнению критиков, приводит к образованию опасных ядерных отходов — особенно в случае катастроф, подобных той, что произошла в Фукусиме в 2011 году.
Создание чистой энергии путем воспроизведения ядерного синтеза на Земле, как это происходит на Солнце, остается огромной проблемой, поскольку для того, чтобы произошел термоядерный синтез, нам все равно потребуется быстро создать температуру в 100 миллионов градусов Цельсия. Одним из способов сделать это могут быть волны Альфвена. Наши растущие знания о Солнце показывают, что это, безусловно, возможно — при соответствующих условиях.
Мы также ожидаем новых солнечных открытий в ближайшее время благодаря новым, новаторским миссиям и приборам. Спутник Европейского космического агентства Solar Orbiter сейчас находится на орбите вокруг Солнца, передавая изображения и проводя измерения неизведанных полярных областей звезды. В наземных условиях открытие новых высокопроизводительных солнечных телескопов также должно улучшить наши наблюдения за Солнцем с Земли.
Поскольку многие тайны Солнца еще предстоит открыть, включая свойства магнитного поля Солнца, это захватывающее время для изучения Солнца. Обнаружение волн Альфвена — лишь один из вкладов в более широкую область, которая стремится раскрыть оставшиеся тайны Солнца для практического применения на Земле. опубликовано econet.ru по материалам theconversation.com
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Источник
Почему атмосфера Солнца в сотни раз горячее, чем его поверхность — 80-летняя теория ученого наконец подтверждена
Видимая поверхность Солнца или фотосферы имеет температуру около 6000°C . Но в нескольких тысячах километров над ним — небольшое расстояние, если учесть размер Солнца — солнечная атмосфера, также называемая короной, в сотни раз горячее, достигая миллиона градусов Цельсия или выше.
Этот всплеск температуры, несмотря на увеличенное расстояние от основного источника энергии Солнца, наблюдается у большинства звезд и представляет собой фундаментальную загадку, над которой астрофизики размышляли на протяжении десятилетий.
В 1942 году шведский ученый Ханнес Альфвен предложил объяснение. Он предположил, что намагниченные волны плазмы могут переносить огромное количество энергии вдоль магнитного поля Солнца из его внутренней части в корону, минуя фотосферу, прежде чем взорваться теплом в верхних слоях атмосферы Солнца.
Теория была предварительно принята, но ученным все еще требовалось доказательство в виде эмпирических наблюдений, что эти волны существуют. Недавнее исследование , наконец, смогло подтвердить 80-летнюю теорию Альфвена и сделать еще один шаг к использованию этой высокоэнергетической феноменологии на Земле.
Горячие вопросы
Проблема нагрева короны возникла с конца 1930-х годов , когда шведский спектроскопист Бенгт Эдлен и немецкий астрофизик Вальтер Гротриан впервые наблюдали явления в короне Солнца, которые могли присутствовать только в том случае, если ее температура составляла несколько миллионов градусов по Цельсию.
Это означает, что температура в 1000 раз выше , чем в расположенной под ней фотосфере — поверхности Солнца, которую мы можем видеть с Земли. Оценить тепло фотосферы всегда было относительно просто: нужно лишь измерить свет, который доходит до нас от Солнца, и сравнить его со спектральными моделями, предсказывающими температуру источника света.
На протяжении многих десятилетий исследований температура фотосферы неизменно оценивалась примерно в 6000°C. Открытие Эдленом и Гротрианом того, что корона Солнца намного горячее фотосферы — несмотря на то, что она находится дальше от ядра Солнца, его основного источника энергии, — вызвал недоумение в научном сообществе.
Ученые обратились к свойствам Солнца, чтобы объяснить это несоответствие. Солнце почти полностью состоит из плазмы, которая представляет собой сильно ионизированный газ, несущий электрический заряд. Движение этой плазмы в конвективной зоне — верхней части солнечного недра — производит огромные электрические токи и сильные магнитные поля.
Эти поля затем вытягиваются из недр Солнца за счет конвекции и выходят на его видимую поверхность в виде темных солнечных пятен , которые представляют собой скопления магнитных полей, которые могут образовывать различные магнитные структуры в солнечной атмосфере.
Именно здесь на помощь приходит теория Альфвена . Он рассуждал, что внутри намагниченной плазмы Солнца любые объемные движения электрически заряженных частиц будут нарушать магнитное поле, создавая волны, которые могут переносить огромное количество энергии на огромные расстояния — от поверхности Солнца до его верхних слоев атмосферы. Тепло проходит по так называемым трубкам солнечного магнитного потока, прежде чем прорваться в корону, вызывая ее высокую температуру.
Эти магнитные плазменные волны теперь называются волнами Альфвена , и их роль в объяснении нагрева короны привела к тому, что Альфвен был удостоен Нобелевской премии по физике в 1970 году.
Наблюдение за альфвеновскими волнами
Но оставалась проблема наблюдения за этими волнами. На поверхности Солнца и в его атмосфере происходит так много всего — от явлений, во много раз превышающих размеры Земли, до небольших изменений, которые ниже разрешающей способности приборов ученных, — что прямых наблюдательных доказательств существования волн Альфвена в фотосфере до сих пор не было.
Но недавние достижения в приборостроении открыли новое окно, через которое можно изучать физику Солнца. Одним из таких инструментов является интерферометрический двумерный спектрополяриметр (ИДС) для спектроскопии изображений, установленный на солнечном телескопе Данна в американском штате Нью-Мексико. Этот инструмент позволил проводить ученным гораздо более подробные наблюдения и измерения Солнца.
В сочетании с хорошими условиями просмотра, передовым компьютерным моделированием и усилиями международной группы ученых из семи исследовательских институтов с помощью ИДС было впервые подтверждено существование альфвеновских волн в трубках солнечного магнитного потока.
Новый источник энергии
Прямое открытие альфвеновских волн в фотосфере Солнца — важный шаг к использованию их высокого энергетического потенциала здесь, на Земле. Они могут помочь, например, в исследовании ядерного синтеза, который представляет собой процесс, происходящий внутри Солнца, при котором небольшое количество материи преобразуется в огромное количество энергии. На нынешних атомных электростанциях используется деление ядер, которое, по мнению критиков, приводит к возникновению опасных ядерных отходов, — особенно в случае катастроф, подобных той, что произошла в Фукусиме в 2011 году.
Создание чистой энергии путем воспроизведения ядерного синтеза Солнца на Земле остается огромной проблемой, потому что ученным все еще предстоит быстро создать 100 миллионов градусов Цельсия, чтобы синтез мог произойти. Волны Альфвена могут быть одним из способов сделать это. Растущие знания ученых о Солнце показывают, что это, безусловно, возможно — при правильных условиях.
Кроме того, в ближайшее время нас ожидают новые солнечные открытия благодаря новым, новаторским миссиям и приборам. Спутник Европейского космического агентства Solar Orbiter сейчас находится на орбите вокруг Солнца, передавая изображения и проводя измерения неизведанных полярных областей звезды. В наземных условиях открытие новых высокопроизводительных солнечных телескопов также должно улучшить наблюдения за Солнцем с Земли.
Поскольку многие секреты Солнца еще предстоит открыть, включая свойства магнитного поля Солнца, это захватывающее время для исследований Солнца. Обнаружение ученными волн Альфвена — лишь один из вкладов в более широкую область, которая стремится раскрыть оставшиеся загадки Солнца для практического применения на Земле.
Источник
Теперь мы точно знаем, почему атмосфера Солнца в сотни раз горячее его поверхности — на шаг ближе к безграничной чистой энергии
Температура видимой поверхности Солнца, фотосферы, составляет около 6300°C. Но всего в нескольких тысячах километров над ней температура солнечной атмосферы, короны, достигает миллиона градусов по Цельсию и даше больше.
Этот скачок температуры наблюдается у большинства звёзд и представляет собой фундаментальную загадку, над которой астрофизики размышляли в течение десятилетий.
В 1942 году шведский учёный Ханнес Альфвен предположил, что намагниченные волны плазмы могут переносить огромное количество энергии вдоль магнитного поля Солнца от его внутренней части к короне, минуя фотосферу, прежде чем взорваться с выделением огромного количества тепла в верхних слоях атмосферы Солнца.
Эта гипотеза, высказанная около 80 лет назад, стала наиболее популярной в научном сообществе, но требовались доказательства. Недавно опубликованное исследование не только подтвердило её, но и приблизило человечество на шаг к освоению этого высокоэнергетического феномена здесь, на Земле.
Солнце почти полностью состоит из плазмы — высокоионизированного газа, несущего электрический заряд. Движение этой плазмы в конвекционной зоне – верхней части солнечного пространства – создаёт огромные электрические токи и сильные магнитные поля.
Эти поля затем вытягиваются из недр Солнца конвекцией и попадают на его видимую поверхность в виде тёмных солнечных пятен, представляющих собой скопления магнитных полей, которые могут образовывать различные магнитные структуры в солнечной атмосфере.
Вот тут-то и возникает теория Альфвена, который получил за неё Нобелевскую премию в 1970 году. Он пришёл к выводу, что внутри намагниченной плазмы Солнца любое объёмное движение электрически заряженных частиц будет нарушать магнитное поле, создавая волны, которые могут переносить огромное количество энергии на огромные расстояния от поверхности Солнца до верхних слоев его атмосферы. Тепло проходит по так называемым «трубкам солнечного магнитного потока», значительно повышая температуру его короны.
Проблема в том, что это долго оставалось лишь гипотезой, ведь на поверхности Солнца и в его атмосфере происходит так много событий – от явлений, во много раз больших, чем Земля, до небольших изменений ниже разрешения наших приборов, – что прямых наблюдательных доказательств волн Альфвена в фотосфере до сих пор не было получено.
На выручку пришли современные приборы, в частности, интерферометрический двумерный спектрополяриметр для спектроскопии изображений (IBIS). Этот прибор позволил нам проводить гораздо более детальные наблюдения и измерения Солнца. Именно с его помощью, в сочетании с хорошими условиями наблюдения, передовым компьютерным моделированием и усилиями международной команды учёных из семи исследовательских институтов, удалось подтвердить существование волн Альфвена в трубках солнечного магнитного потока.
Прямое открытие волн Альфвена в солнечной фотосфере является важным шагом к использованию их высокого энергетического потенциала здесь, на Земле. Они могли бы помочь нам исследовать ядерный синтез — Святой Грааль науки, открывающий путь к безграничной чистой энергии.
Только представьте, что мы можем стать свидетелями столь грандиозного прорыва человечества.
1. Работа , о которой речь в публикации.
Подписывайтесь на S&F , канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.
Источник