Мільйони крихітних торнадо на Сонці можуть пояснити загадку, яка десятиліттями бентежила науковців

Протягом десятиліть фізики Сонця намагалися пояснити, чому його зовнішня атмосфера значно гарячіша за поверхню під нею. Видима поверхня, відома як фотосфера, має середню температуру близько 5500 градусів Цельсія. Корона ж, що простягається на мільйони кілометрів у космос, регулярно досягає температури, яка перевищує один мільйон градусів Цельсія. Саме цей контраст і залишався головною інтригою для науковців.

Нове пояснення та спостереження

Нове дослідження науковиці Катариіни Нікірі з Університету аеронавтики Ембрі-Ріддл (США) пропонує можливе пояснення цього явища. Результати роботи опублікували в журналі The Astrophysical Journal Letters. Науковиця припускає, що важливу роль у нагріванні корони відіграють численні невеликі плазмові вихори, які виникають на Сонці.

Розглянути ці вихори детальніше вдалося завдяки спостереженням за допомогою сонячного телескопа Daniel K. Inouye, розташованого на Гаваях. Його висока роздільна здатність дозволила побачити структури, які раніше залишалися непомітними. Саме завдяки цій деталізації стало можливим аналізувати поведінку плазми в тих шарах, де раніше бачили лише загальну картину.

Виявлені структури пов’язані з так званою нестійкістю Кельвіна — Гельмгольца. Це фізичне явище виникає тоді, коли сусідні потоки рідини або плазми рухаються з різною швидкістю. На Землі подібний механізм може створювати хвилеподібні хмари та характерні візерунки в океанічних течіях. На Сонці швидкий потік плазми взаємодіє з повільнішим намагніченим середовищем, і в результаті виникають обертові вихори, які накопичують значну кількість механічної енергії.

За розрахунками дослідниці, енергія одного такого вихору може становити приблизно 200 трильйонів джоулів. При цьому мільйони подібних структур можуть одночасно виникати та зникати протягом кількох хвилин. Саме така велика кількість дрібних вихорів, на думку науковиці, може мати суттєве значення для загального енергетичного балансу зовнішньої атмосфери Сонця.

Як магнітні поля перетворюють енергію на тепло

Запропоноване пояснення ґрунтується на процесі магнітного перез’єднання. Це явище, під час якого лінії магнітного поля швидко змінюють свою конфігурацію та вивільняють накопичену енергію. Коли плазмові вихори обертаються, вони деформують і стискають навколишні магнітні поля. Через це можуть утворюватися надзвичайно тонкі шари електричного струму, завширшки від кількох сантиметрів до метрів.

За певних умов магнітні поля перез’єднуються, вивільняючи енергію у вигляді тепла та потоків швидкої плазми. Частина цієї енергії може поширюватися вгору, до сонячної корони. Таким чином, механічна енергія вихорів може ставати тим джерелом тепла, яке підтримує високу температуру зовнішніх шарів.

Дослідниця підрахувала, що для компенсації енергетичних втрат корони достатньо, аби до неї потрапляло та перетворювалося на тепло лише 5–8% механічної енергії цих вихорів. Навіть у корональних дірах цей показник, за оцінками, може становити не більше приблизно 21%. Такі цифри свідчать, що внесок вихорів не обов’язково має бути величезним, щоб зіграти помітну роль.

Чи розгадали вчені загадку Сонця

Попри перспективність гіпотези, науковці поки не можуть стверджувати, що саме ці плазмові вихори повністю пояснюють надзвичайно високу температуру сонячної корони. Зокрема, ще потрібно з’ясувати, наскільки ефективно енергія поширюється крізь хромосферу, проміжний шар між видимою поверхнею Сонця та короною. Для цього необхідні додаткові спостереження, зокрема за допомогою телескопа Daniel K. Inouye.

Розуміння механізмів нагрівання корони важливе не лише для розгадки давньої загадки астрофізики. Саме в цій області формується сонячний вітер, безперервний потік заряджених частинок, який поширюється Сонячною системою. Крім того, магнітні процеси в атмосфері Сонця впливають на потужні викиди речовини, здатні порушувати роботу супутників, систем зв’язку та електричних мереж на Землі.

Таким чином, мільйони невеликих плазмових вихорів можуть виявитися важливою частиною механізму, який підтримує екстремальну температуру зовнішньої атмосфери нашої зірки. Однак для остаточного підтвердження цієї теорії потрібні нові дослідження.