Почему в атмосфере Солнца намного жарче, чем на ее поверхности?
Недавно ученым удалось собрать весьма убедительные аргументы к вопросу о том, почему внешняя атмосфера Солнца намного жарче ее поверхности. Данные нового исследования чрезвычайно высоких температур подтверждают лишь одну теорию: источником тепла является феномен, называемый нановспышками, заключающийся в постоянном возникновении импульсных всплесков тепла, ни один из которых не может быть зафиксирован отдельно.
Более удивительно то, что новые данные были получены благодаря самому недорогому средству НАСА по исследованию космоса - зондирующей ракете для исследования атмосферы. Миссия EUNIS, запущенная 23 апреля 2013 года, делает мгновенные снимки каждые 1,3 секунды для определения свойств материала при значительном диапазоне температур в комплексной солнечной атмосфере.
Температура видимой поверхности Солнца, называемой фотосферой, достигает примерно 6 000 градусов по Кельвину, в то время как температура солнечной короны в 300 раз выше.
«Это немного неожиданно, - говорит Джефф Бросиус (Jeff Brosius), специалист по космосу Католического университета Вашингтона и Центра космических полетов НАСА в штате Марилэнд (США). – Обычно при удалении от источника тепла температура становится ниже. Когда ты запекаешь зефир на костре, ты приближаешь его к пламени, а не удаляешь».
Бросиус является первым автором исследования, опубликованного 1 августа 2014 года в журнале The Astrophysical Journal.
Было высказано множество предположений относительно того, как магнитная энергия, движущаяся сквозь корону, преобразуется в тепло, которое повышает температуру. Разные теории строят разные версии относительно того, какой тип материала может быть виден и какова его температура, однако лишь несколько наблюдений в рамках достаточно обширной области имеют достаточно высокое разрешение для того, чтобы можно было определить, какие предположения являются верными.
Ракета EUNIS оснащена очень чувствительной версией аппарата, называемого спектрограф. Спектрографы собирают информацию относительно содержания материала при заданной температуре посредством фиксирования света различных световых волн. Для того чтобы наблюдать волны дальней ультрафиолетовой области спектра, позволяющие определить ложные и верные предположения, спектрограф должен находиться в космосе, над атмосферой Земли, блокирующей ультрафиолетовый свет. EUNIS, помещенный на ракету, находился на расстоянии примерно в 322 километра над поверхностью Земли и собирал данные в течение 6 минут (такой вид миссий НАСА длится всего 15 минут).
Во время полета EUNIS сканировал заданную область Солнца, обладающую сложными магнитными свойствами (так называемая активная область), которая может быть источником крупных нановспышек и выбросов материала в корону. Когда свет этой области достигал спектрографа, аппарат разделял его на различные волны. Вместо получения обычного изображения Солнца, волны с большим количеством света были представлены вертикальной линией, называемой линией излучения. Каждая линия излучения, в свою очередь, представляет материал, существующий на Солнце при определенной температуре. Дальнейший анализ позволил также определить плотность и движение материала.
Спектрограф EUNIS был настроен таким образом, чтобы фиксировать волны широкого диапазона для обнаружения материала при температуре в 10 миллионов градусов по Кельвину: такие температуры свидетельствуют о нановспышках. Ученые предполагали, что множество таких вспышек способно нагреть солнечный материал атмосферы до 10 миллионов градусов по Кельвину. При этом материал остывал бы очень быстро, образуя обильный солнечный материал температурой 1-3 миллиона градусов, который регулярно виден на Солнце.
Однако следы существования этого чрезвычайно горячего материала должны оставаться. Просматривая данные, собранные EUNIS за 6 минут, команда заметила световую волну, соответствующую материалу в 10 миллионов градусов по Кельвину. В обнаружении этой тусклой линии излучения заключался триумф всей миссии. Спектрограф смог предоставить четкие и недвусмысленные наблюдения, которые соответствовали чрезвычайно горячему материалу.
«Тот факт, что мы смогли так точно отделить эту линию излучения от соседних линий, заставляет специалистов вроде меня не спать по ночам от волнения, - говорит Бросиус. – Эта тусклая линия, фиксируемая для такой большой фракции активного региона, действительно представляет собой самое верное доказательство существования нановспышек».
Существует множество теорий относительно того, каковы причины этих импульсных вспышек тепла. Были представлены и другие объяснения относительно того, что может нагревать корону. Ученые продолжат и дальше изучать эти версии, буду собирать дополнительные данные при улучшении доступных им средств и оборудования. Однако ни одна другая теория не объясняет существования материала такой температуры в короне, так что это является весьма весомым доказательством в пользу теории о нановспышках.
«Это явное доказательство существования нановспышек, - говорит Эдриан Доу (Adrian Daw), нынешний главный исследователь EUNIS в Центре космических полетов НАСА, - и это доказывает, что с помощью небольших дешевых зондирующих ракет можно получить весьма ценные сведения».
В дополнении к своему малому весу зондирующие ракеты представляют собой важную тестовую площадку для новой технологии, которая в последующем может использоваться на долгосрочных космических миссиях. Другим преимуществом таких ракет является то, что устройство может спуститься обратно на землю на парашюте, так что их можно использовать повторно. Спектрограф EUNIS будет заново настроен для того, чтобы фокусироваться на другом наборе солнечных волн (эти волны также могут указать на чрезвычайно горячий материал нановспышек). Миссия может быть запущена вновь в 2016 году.
По материалам Science Daily.
Иван Штепа nauka21vek.ru