Если вы готовите на газовой плите, еда нагревается быстрее, когда она ближе к пламени. Но в кажущемся вызове термодинамике это не работает, когда вы говорите о солнце. В то время как солнечная поверхность составляет около 10 000 градусов по Фаренгейту, атмосфера может достигать колоссальных 9 миллионов градусов в ее внешних пределах, называемых короной, и ученые спрашивают: «Что с этим?» в течение многих десятилетий.
Связанный контент
- Почему Солнце было так тихо так долго
- Картина недели - железо в солнечной короне
Теперь команда из Политехнической школы во Франции считает, что у них есть хотя бы часть ответа. Используя новые компьютерные модели, они утверждают, что основным источником жгучей жары короны является «мангровый лес» магнетизма, который лежит прямо под поверхностью, которую мы видим, и называется фотосферой.
«Все знают, что энергия исходит снизу, и мы знаем, что это много энергии», - говорит руководитель исследования Тахар Амари. Вопрос был в том, что создает эту энергию и как она движется от поверхности к короне. Вот тут и вступает новая модель, описанная на этой неделе в Nature .
Солнце состоит в основном из плазмы, горячего газа, состоящего из атомов, у которых оторваны электроны, создавая заряд. Когда этот вид газа вращается, он действует как электрический генератор или динамо. В новой модели солнечная плазма создает эти динамо-машины по мере того, как она раскачивается и взбивается. Динамо в свою очередь генерируют магнитные поля, которые могут накапливать энергию. Все это происходит в верхних 900 милях от Солнца - небольшая часть его радиуса в 432 000 миль. Динамо не длится долго, в среднем около восьми минут, но этого достаточно, чтобы иногда они могли подпитывать большие конструкции.
Когда получающиеся магнитные поля скручиваются, поворачиваются и пересекаются друг с другом, они могут выделять свою энергию в явлении, называемом переподключением. Поместите два или более полей рядом друг с другом, и полюса этих полей пытаются создать новые линии магнитного поля со своими ближайшими соседями, перестраивая формы полей в процессе. Избыточная энергия затем выделяется в виде тепла, электромагнитных волн или кинетической энергии, и эта энергия, в свою очередь, накачивается в хромосферу, слой простирается примерно на 1200 миль от фотосферы до области, которая переходит в корону.
Согласно модели, сброс энергии способствует выбросам плазмы в хромосферу, что делает волны сродни звуковым волнам, движущимся в воздухе. Они называются альфвеновскими волнами по имени физика Ханнеса Альфвена, который впервые предложил их существование в 1940-х годах. Энергия альфвеновских волн рассеивается в короне, которая затем нагревается настолько, что достигает миллионов градусов, которые мы наблюдаем.
Модель сложного магнитного поля, прорастающего с поверхности солнца, подчеркивает сходство с корнями и ветвями мангровых деревьев. (Тахар Амари / Центр физической культуры. ЦНРС-Политехническая школа. ФРАНЦИЯ) Амари сравнивает всю систему с мангровым лесом. Внизу корни, которые собираются вместе, чтобы сформировать стволы деревьев. Вершина деревьев - это место, где энергия откладывается. Он отметил, что для того, чтобы получить тот вид коронального нагрева, который мы видим, вам нужно около 4500 Вт на квадратный метр с поверхности, и это то, что производит его модель.
Амари говорит, что пока что это всего лишь компьютерная симуляция, и пока нет прямого способа наблюдать за происходящим. Однако существующие косвенные наблюдения Солнца делают его модель правдоподобной. Например, корональная температура, кажется, не сильно меняется с 11-летним циклом солнечных пятен. «Солнечные пятна чувствительны к циклу, а это магнитное поле - нет», - говорит Амари. Солнечные пятна - это магнитные возмущения, уходящие корнями вглубь Солнца, поэтому, если эти два явления не связаны между собой, это поддержит модель Амари относительно мелкого драйвера для коронального нагрева.
Другим фактором является открытие солнечных торнадо, которые показывают, что некоторые явления могут переносить энергию с поверхности в хромосферу и корону, поддерживая модель. Кроме того, наблюдения солнечной поверхности показывают, что спектральные линии некоторых элементов разделяются на две или более составляющих, что происходит, если существует сильное локальное магнитное поле, подобное тому, которое описывает модель.
В прошлом году Джефф Брозиус, физик по солнечной энергии в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, предположил, что крошечные вспышки, называемые нанофларами, были ответственны за нагревание короны. Нанофлары вызваны огромными магнитными полями, которые проходят через корону. Линии магнитного поля иногда пересекаются, создавая токовые слои, которые выделяют энергию в виде тепла.
Хотя эти две версии отличаются по своей специфике, они не обязательно противоречат друг другу. «Механизм нанопластин - открытый вопрос», - говорит Джим Климчук, астрофизик-исследователь из Годдарда, который не участвовал ни в одном из исследований. «Это может включать в себя переподключение магнитных полей в короне (тот же процесс, который создает мини-извержения Амари под поверхностью Солнца и заставляет их откладывать большую часть своей энергии в хромосфере), или это может включать рассеивание волн, которые запущен в корону снизу. Я уверен, что обе вещи происходят. Это просто вопрос пропорции ".
По словам Климчука, новая модель - важный шаг в понимании этой неприятной солнечной тайны. «Насколько мне известно, [динамо, производящие извержения в хромосфере] не были замечены в других симуляциях, поэтому будет важно проработать детали этого поведения и убедиться, что оно правильное», - говорит он. «Проблема хромосферного и коронального нагрева не решена, но эти результаты могут дать важные подсказки относительно пути вперед».
ПРИМЕЧАНИЕ РЕДАКТОРА: эта статья была обновлена, чтобы прояснить, что динамо были замечены ранее в солнечных моделях.
