Чем дальше от печки, тем обычно холоднее. У Солнца всё выглядит наоборот: над поверхностью с температурой около 5500 градусов простирается корона, нагретая до миллиона градусов и выше. Этот парадокс остаётся одной из главных задач физики Солнца.
2. Горячее — не всегда значит обжигающее
Фотосфера — это видимый слой Солнца, откуда к нам приходит основная часть света. Её температура составляет примерно 5800 кельвинов, или около 5500 градусов Цельсия. Над ней лежат хромосфера и крайне разреженная корона.
Температура в физике показывает среднюю энергию движения частиц. Частицы короны движутся очень быстро, поэтому температура огромна. Но самих частиц там мало, и общее количество передаваемого тепла невелико по сравнению с плотной фотосферой.
Именно поэтому зонд Parker может лететь через плазму с температурой свыше миллиона градусов. Его щит всё равно раскаляется примерно до тысячи градусов, а не до миллиона: разреженная корона просто не способна передать аппарату столько же тепла, сколько плотное вещество.
3. Энергия приходит не обычным теплом
Корона не нагревается снизу так, как воздух над плитой. Главным посредником считается магнитное поле Солнца. Кипящее движение плазмы под фотосферой постоянно изгибает, скручивает и перепутывает магнитные силовые линии.
Когда магнитная структура резко перестраивается, часть накопленной энергии переходит в движение и нагрев частиц. Это явление называют магнитным пересоединением. Крупные примеры мы видим как вспышки, но подобные процессы могут происходить и в крошечных масштабах.
Так появилась гипотеза наноспышек — множества слабых и частых выбросов энергии, которые по отдельности почти незаметны. Если их достаточно много, суммарно они способны поддерживать высокую температуру короны. Слово «нано» здесь означает малую энергию события по солнечным меркам, а не размер в нанометрах.
4. Волны тоже несут тепло
Другая важная идея связана с альфвеновскими волнами. Это колебания плазмы и магнитного поля, которые могут подниматься от поверхности в корону. Там их энергия постепенно превращается в хаотическое движение частиц и тепло.
Представьте верёвку, которую непрерывно встряхивают снизу. Волны бегут вверх, отражаются, взаимодействуют и дробятся на всё меньшие возмущения. В солнечной плазме такой каскад может питать турбулентность и нагрев.
Эти объяснения не обязательно конкурируют. Волны способны создавать условия для пересоединения, а пересоединение — порождать новые волны и струи. Вероятно, в разных областях короны доля каждого механизма различается.
5. Что увидел Parker
Parker Solar Probe впервые измеряет частицы и поля непосредственно внутри солнечной короны. Он обнаружил множество резких перегибов магнитного поля — так называемых свитчбэков. Во время них направление поля на короткое время словно выворачивается назад, а поток плазмы ускоряется.
Аппарат также пересёк альфвеновскую критическую поверхность — неровную границу, ниже которой магнитное поле ещё удерживает плазму в связи с Солнцем. Оказалось, эта граница не похожа на гладкую сферу: у неё есть выступы и впадины.
Наблюдения связывают некоторые свитчбэки с магнитными «воронками» у поверхности Солнца. Но сам механизм их рождения и точный вклад в нагрев пока обсуждаются.
Parker встречает плазму до того, как солнечный ветер успевает сильно перемешаться на пути к Земле. Сравнивая скорость частиц, направление поля и свойства волн на разных расстояниях, исследователи видят, где энергия ещё хранится в упорядоченном магнитном движении, а где уже превратилась в беспорядочное тепло.
При этом отдельный свитчбэк не доказывает всю теорию нагрева. Нужен энергетический баланс: наблюдаемый механизм должен не просто существовать, а переносить достаточно энергии и делать это достаточно часто.
6. Что говорит наука
Наблюдения надёжно подтверждают сам температурный парадокс: корона имеет температуру порядка миллиона градусов, а в активных областях бывает ещё горячее. Подтверждено и то, что магнитные поля играют ключевую роль: корональные петли, вспышки и движение плазмы следуют их структуре.
Наиболее вероятная картина включает сразу несколько процессов — рассеяние магнитных волн, турбулентный каскад и множество актов магнитного пересоединения. Данные Parker, Solar Orbiter и солнечных обсерваторий позволяют проверять, где и насколько эффективно они работают.
Открытым остаётся вопрос о точном балансе. Учёные ещё не могут для каждой области короны полностью расписать, какая доля энергии пришла с волнами, какая — с наноспышками и где именно она превратилась в тепло.
7. Итог
Итак, корона горячее поверхности не потому, что Солнце нарушает законы физики. Энергию туда доставляет и рассеивает беспокойное магнитное поле, а главная интрига заключается в пропорциях разных механизмов.
Предложите в комментариях, какую загадку Солнца разобрать следующей.
