Учёные поняли, почему температура солнечной короны в 200 раз выше температуры поверхности Солнца

Учёные из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США (DOE) под руководством Саяка Бозе (Sayak Bose) достигли значительного прогресса в понимании основного механизма нагрева солнечной короны. Их открытия показывают, что отражённые плазменные волны могут управлять нагревом корональных дыр, которые представляют собой области с низкой плотностью солнечной короны с открытыми линиями магнитного поля, простирающимися в межпланетное пространство.

Температура поверхности Солнца составляет около 10 000 градусов по Фаренгейту, но его внешняя атмосфера, — солнечная корона — имеет температуру около 2 миллионов градусов по Фаренгейту, что примерно в 200 раз выше. Это повышение температуры Солнца озадачивает и остаётся неразрешённой загадкой с 1939 года, когда впервые была обнаружена высокая температура короны.

Изображение, показывающее две корональные дыры, изображенные как тёмные области. Источник: NASA / Goddard / SDO

Бозе и другие члены команды использовали оборудование Большого плазменного устройства (LAPD) в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA) для создания 20-метрового плазменного столба и возбуждения Альвеновских волн в условиях, имитирующих условия, возникающие вокруг корональных дыр. Эксперимент продемонстрировал, что когда Альвеновские волны сталкиваются с областями различной плотности плазмы и напряжённости магнитного поля, как это происходит в солнечной атмосфере вокруг корональных дыр, они могут отражаться и двигаться назад к своему источнику.

Столкновение движущихся наружу и отражённых волн вызывает турбулентность, которая, в свою очередь, вызывает нагрев. «Физики давно выдвигали гипотезу, что отражение волн Альвена может помочь объяснить нагрев корональных дыр, но это было невозможно ни проверить в лабораторных условиях, ни измерить напрямую», — сказал Джейсон Тенбардж (Jason TenBarge), приглашённый научный сотрудник PPPL, который внёс свой вклад в исследование.

Наряду с проведением лабораторных экспериментов группа провела компьютерное моделирование экспериментов, которое подтвердило отражение Альвеновских волн в условиях, аналогичных корональным дырам. «Мы регулярно проводим многочисленные моделирования, чтобы гарантировать точность наших наблюдаемых результатов. И проведение моделирования было одним из таких же шагов в этом эксперименте. Физика отражения волн Альвена очень увлекательна и сложна. Удивительно, насколько фундаментальные физические лабораторные эксперименты и моделирование могут улучшить наше понимание природных систем, таких как наше Солнце», — сказал Бозе.

Результаты исследования были опубликованы в The Astrophysical Journal.