В солнечной короне обнаружены альфвеновские волны

Американские астрофизики нащупали путь к объяснению чрезвычайно высокой температуры солнечной короны.
Астрофизики давно пытались объяснить, почему солнечная корона настолько горячее поверхности Солнца, но только теперь можно сказать, что их предположения, хотя бы отчасти, подтвердились. (На фото с сайта en.wikipedia.org: солнечное затмение 11 августа 1999 года, вид с территории Франции.).
Астрофизики давно пытались объяснить, почему солнечная корона настолько горячее поверхности Солнца, но только теперь можно сказать, что их предположения, хотя бы отчасти, подтвердились. (На фото с сайта en.wikipedia.org: солнечное затмение 11 августа 1999 года, вид с территории Франции.).
Уже давно предполагалось, что приток энергии обеспечивают какие-то нетепловые процессы, в которых участвуют электромагнитные поля, возникающие в солнечной плазме. И вот предсказанные Альфвеном еще в 1942 году поперечные плазменные волны наконец зарегистрированы. Правда, пока еще не ясно, не окажется ли этот путь тупиковым.

Давно известно, что тайна сия велика есть. Температура поверхности Солнца, фотосферы, не превышает 5800 кельвинов. А вот внешняя часть атмосферы нашего светила, солнечная корона, куда горячее. Она состоит из разреженной плазмы, которая по плотности уступает фотосфере примерно в триллион раз, но зато в среднем нагрета до 1,8 миллиона кельвинов.

Более того, отдельные участки короны могут на время разогреваться в несколько раз сильнее. Корональное свечение обладает уникальными спектральными характеристиками, которые когда-то приписывали гипотетическому химическому элементу — коронию. Сейчас известно, что структура коронального спектра объясняется наличием сильно ионизированных ионов железа.

Чтобы температура корональной плазмы достигала столь исполинских значений, в корону должна непрерывно закачиваться энергия из фотосферы. Требуемая мощность давно просчитана — примерно 1 киловатт на квадратный метр солнечной поверхности.

Встает естественный вопрос: как эта энергия передается? Очевидно, что прямой нагрев короны сравнительно холодной фотосферой невозможен, это было бы прямым нарушением второго закона термодинамики. Это означает, что приток энергии обеспечивают какие-то нетепловые процессы, в которых участвуют электромагнитные поля, возникающие в плазме. Для их теоретического описания одной термодинамикой не обойдешься, надо привлекать уравнения магнитной гидродинамики.

Поскольку проблема стара, то и решений для нее придумано много. Обо всех моделях коронального нагрева здесь не расскажешь. В целом они распадаются на два класса. В одном варианте энергия уносится от фотосферы теми или иными плазменными волнами, во втором корону нагревают индукционные токи, которые в ней возбуждает солнечное магнитное поле.

В плазме может распространяться немало различных волн. Одни из них не требуют наличия магнитного поля, другие возбуждаются лишь в его присутствии. Специалисты по физике Солнца связывают нагрев короны лишь с волнами второго типа, поскольку именно они могут эффективно канализировать энергию. Наилучшим кандидатом считаются поперечные плазменные волны, которые в 1942 году теоретически предсказал шведский астрофизик Ханнес Альфвен (Альвен). Они распространяются в плазме вдоль силовых линий магнитного поля и переносят энергию с очень малыми потерями.

Альфвен в 1947 году первым предположил, что эти волны зарождаются в солнечной фотосфере и идут оттуда в корону, вливая в нее энергию. Правда, волны Альфвена (Alfvén wave) в первом приближении не диссипируют и потому сами по себе не могут нагреть корональную плазму. Однако можно допустить, что они возбуждают в ней другие волны, которые на это уже способны.

Эта концепция теоретически очень убедительна, но до сих пор ее никак не удавалось подтвердить на опыте. Альфвеновские волны действительно наблюдались и в земных лабораториях, и в плазме солнечного ветра, однако их многолетние поиски в самой короне до сих пор ни к чему не приводили. Однако 31 августа 2007 года исследователи из США сообщили в журнале Science, что регистрация корональных волн Альфвена наконец-то состоялась. Эта работа выполнена под руководством сотрудников Национального центра атмосферных исследований в Боулдере (штат Колорадо, США) Стива Томчика (Steve Tomczyk) и Скотта Макинтоша (Scott McIntosh).

Альфвеновские волны обнаружить очень непросто. Дело в том, что они не вызывают сильных смещений плотности, так что их, в отличие от других плазменных колебаний, не удается выявить по изменениям оптической яркости короны. Стив Томчик и его коллеги использовали очень чувствительный прибор — многоканальный корональный поляриметр, который был недавно установлен на телескопе Национальной солнечной обсерватории, расположенном на пике Сакраменто в штате Нью-Мексико.

С его помощью они смогли измерить допплеровские сдвиги спектральных линий корональных ионов железа, которые, по мнению ученых, как раз и были вызваны прохождением альфвеновских волн. Выявленные изменения скорости оказались весьма невелики, не более 300 метров в секунду, но их всё же удалось зарегистрировать (см. видео).

Собранные данные позволяют утверждать, что новооткрытые волны действительно движутся вдоль магнитного поля, причем их скорость достигает 4000 километров в секунду. Как и ожидалось, их частота совпадает с частотой мощных фотосферных плазменных течений, которые вынуждают магнитные силовые линии вибрировать наподобие натянутых струн. Такие вибрации уходят в корону в виде альфвеновских волн. В общем, как и предсказывали теоретики, корона вроде бы действительно греется за счет энергии конвективных течений фотосферной плазмы, которая передается вверх от Солнца с помощью волн Альфвена.

Однако загадка корональной температуры всё еще не имеет окончательного ответа. Отловленные альфвеновские волны слишком слабы, чтобы обеспечить нагрев короны до нужных температур. Причем отличие зарегистрированных амплитуд от требуемых очень велико, целых четыре порядка. Тем не менее Томчик и Макинтош полагают, что эта проблема разрешима. По их мнению, в короне, скорее всего, распространяются и альфвеновские волны с куда большими амплитудами, которые пока не удалось обнаружить из-за недостаточной разрешающей способности поляриметра. Если это и в самом деле так, со временем эти волны непременно будут зарегистрированы.

   
автор: Алексей Левин
Кроме того...
Спички
Человеческое желание научиться добывать огонь, чтобы обогревать себя и...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Ученые нашли эффективный антиоксидант для борьбы с морщинами
Ученые нашли эффективный антиоксидант для борьбы с морщинами Ученые нашли эффективный антиоксидант для борьбы с морщинами
Специалисты из Еврейского университета и университета Бар-Илан выявили антиоксидант
Химики заставили наночастицы долго подсвечивать клетки
Химики заставили наночастицы долго подсвечивать клетки Химики заставили наночастицы долго подсвечивать клетки
Химики из университета Клемсона (Clemson University) разработали метод продления "долговечности" флуоресцентных наночастиц
Oral B создала зубную щетку с навигационной системой
Oral B создала зубную щетку с навигационной системой Oral B создала зубную щетку с навигационной системой
Компания Oral B выпустит зубную щетку, снабженную навигационной системой
"Sharp" создала сенсорный сканирующий ЖК-дисплей
"Sharp" создала сенсорный сканирующий ЖК-дисплей
Корпорация "Sharp" отчиталась об успешном завершении работ по созданию принципиально новой технологии "System LCD"
"Мини-нос" "вынюхивает" взрывчатку
"Мини-нос" "вынюхивает" взрывчатку
Миниатюрный электронный "нос" создали инженеры из компании "Scent Detection Technologies Ltd.", маленькое портативное устройство
Шар, позволяющий ходить по воде
Шар, позволяющий ходить по воде Шар, позволяющий ходить по воде
Испанская компания «Vehiculos con Ingenio» («Транспорт с выдумкой»), занимающаяся изобретением инновационных видов транспорта
Земля может столкнуться с крупным астероидом
Земля может столкнуться с крупным астероидом Земля может столкнуться с крупным астероидом
Астероид Апофис, который вращается вокруг Солнца, каждые несколько тысяч лет попадает в орбиту Земли
В солнечной короне обнаружены альфвеновские волны
В солнечной короне обнаружены альфвеновские волны В солнечной короне обнаружены альфвеновские волны
Американские астрофизики нащупали путь к объяснению чрезвычайно высокой температуры солнечной короны
4 россиянина примут участие в имитации полета на Марс
4 россиянина примут участие в имитации полета на Марс 4 россиянина примут участие в имитации полета на Марс
В первом наземном эксперименте по моделированию полета на Марс будут участвовать два россиянина и четыре европейца
Учёные приближаются к разгадке рецепта вечной молодости
Учёные приближаются к разгадке рецепта вечной молодости Учёные приближаются к разгадке рецепта вечной молодости
Украинские ученые выяснили, что инфекции влияют на сокращение продолжительности жизни человека
Причины бессонницы
Причины бессонницы Причины бессонницы
Хороший сон становится все более труднодостижимой целью, и это проблема
Прогулки с собаками "могут наносить вред дикой природе"
Прогулки с собаками "могут наносить вред дикой природе" Прогулки с собаками
Согласно работе, в которой впервые предпринята попытка исследовать влияние выгула собак на городских птиц
Древние вулканы насытили Землю кислородом
Древние вулканы насытили Землю кислородом Древние вулканы насытили Землю кислородом
Ученые до сих пор спорят о том, каким образом в атмосфере Земли выделился свободный кислород. Многие думают
Самородное золото в остатках гнилых деревьев
Самородное золото в остатках гнилых деревьев Самородное золото в остатках гнилых деревьев
Специалисты институтов Улан-Удэ, Иркутска и Новосибирска открыли
В Индонезии нашли статуи медитирующих монахов
В Индонезии нашли статуи медитирующих монахов В Индонезии нашли статуи медитирующих монахов
В Индонезии нашли статуи буддистских монахов, изображающие 4 степени медитации
История изобретения стекла
История изобретения стекла История изобретения стекла
Археологические находки свидетельствуют о том, что первое стекло было сделано на Среднем Востоке примерно в 3000 г. до н.э
Разбрасывая попугаев
Разбрасывая попугаев Разбрасывая попугаев
И одно попугайское крылышко, - кричал герой одного известного мультфильма и книги Григория Остера, измеряя удава

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • История изобретения стеклаИстория изобретения стекла
    Археологические находки свидетельствуют о том, что первое стекло было сделано на Среднем Востоке примерно в 3000 г. до н.э
  • Чёрный ящик
  • Разбрасывая попугаев Разбрасывая попугаев
    И одно попугайское крылышко, - кричал герой одного известного мультфильма и книги Григория Остера, измеряя удава
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
020