Одной из главных загадок солнечной физики остается огромная разница в температуре между поверхностью Солнца и его короной. Новое исследование Катарины Нюкири из университета Embry-Riddle, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, предполагает, что источником энергии для нагрева короны служат миллионы крошечных вихрей на поверхности звезды.
Плазменные «торнадо»
Основой для гипотезы стали снимки высокого разрешения, полученные солнечным телескопом Daniel K. Inouye (DKIST). На них впервые были зафиксированы вихри плазмы диаметром в несколько десятков километров.
По мнению доктора Нюкири, эти структуры представляют собой волны Кельвина-Гельмгольца. В космосе они возникают, когда быстродвижущаяся плазма проходит мимо более медленной намагниченной плазмы. Такие вихри обладают колоссальной механической энергией, которая в процессе вращения передается магнитным полям Солнца, создавая магнитное напряжение.
Механизм нагрева
Исследовательница подсчитала, что один такой вихрь содержит в среднем около двух септиллионов эрг. Учитывая, что на поверхности Солнца диаметром 1,4 млн км каждые несколько минут возникают и исчезают миллионы подобных структур, суммарная энергия оказывается весьма значительной.
Когда вихри рассеиваются, их энергия высвобождается через процесс магнитного пересоединения. Вращение вихря сжимает близлежащие линии магнитного поля, формируя сверхтонкие токи шириной от нескольких сантиметров до метров. В определенный момент эти линии «разрываются» и перестраиваются, превращая накопленную магнитную энергию в тепло и высокоскоростные струи плазмы, которые и формируют солнечную корону.
Почему корона горячее поверхности
Вопрос о том, почему энергия вихрей сильнее нагревает корону, чем саму поверхность Солнца, объясняется плотностью частиц. На поверхности при разрыве магнитной линии энергия распределяется между триллионами нейтральных атомов, поэтому температура каждого из них растет незначительно. В короне же плотность атомов гораздо ниже, и тот же объем энергии вызывает гораздо более резкий скачок температуры отдельного атома.
Согласно расчетам, для поддержания температуры короны достаточно, чтобы от 5% до 8% механической энергии вихрей поднимались вверх. Даже в более холодных «корональных дырах» этот показатель не превышает 21%.
Для окончательного подтверждения теории ученым предстоит изучить передачу и поляризацию волн через хромосферу. Это позволит точно определить, достигает ли верхних слоев атмосферы Солнца тот объем энергии, который необходим для поддержания экстремального нагрева.
