Ученые раскрыли секрет нагрева атмосферы Солнца

Данные, полученные в результате совместных наблюдений за Солнцем ракетного зонда CLASP2 и японского научного спутника Hinode, позволили ученым измерить напряженность магнитного поля в хромосфере Солнца над одной из активных областей. Впервые силовые линии магнитного поля проследили вплоть до верхних слоев солнечной атмосферы. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Несмотря на то, что Солнце — самый яркий объект на небе, многие процессы, протекающие на его поверхности, остаются загадкой для ученых. В частности, до сих пор не изучен механизм чрезвычайно высокого нагрева верхних слоев атмосферы Солнца: короны (до 1 миллиона Кельвинов) и лежащей под ней хромосферы (до 10 000 Кельвинов) по сравнению с солнечной поверхностью, температура которой составляет около 6000 Кельвинов.

Принято считать, что в нагреве солнечной короны ведущую роль играют магнитные поля, но, чтобы разобраться в деталях процесса, необходимо понять распределение силовых линий магнитного поля в хромосфере — слое, зажатом между короной сверху и фотосферой, видимой поверхностью Солнца, снизу.

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые из Японии, США и Европы разработали прибор CLASP2 — спектрополяриметр хромосферного слоя, который был запущен в космос 11 апреля 2019 года с помощью зондовой ракеты NASA.

В течение шести с половиной минут CLASP2 наблюдал в ультрафиолетовом излучении, исходящем из солнечной хромосферы, поляризацию самых сильных спектральных линий — водорода, магния и марганца. Уникальные высокоточные измерения прибора позволили определить составляющие магнитного поля в нижней, средней и верхней частях хромосферы над активной областью и ее окрестностями. Синхронные наблюдения японского спутника Hinode предоставили информацию о магнитном поле в плазме фотосферы на поверхности.

Обработав совмещенные данные, ученые под руководством Рёхко Исикавы (Ryohko Ishikawa), доцента Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), и Хавьера Трухильо-Буэно (Javier Trujillo Bueno), профессора Астрофизического института Канарских островов (IAC), обнаружили, что магнитное поле, сильно структурированное в фотосфере, в хромосфере быстро расширяется, распространяясь по горизонтали, а замкнутые силовые каналы, разбросанные по поверхности звезды, соединяются между собой по мере подъема. Причем самые сильные магнитные поля располагаются в нижней хромосфере.

Схема изменения напряженности магнитного поля в атмосфере Солнца на четырех разных уровнях. Силовые линии магнитного поля показаны зеленым цветом

Исследователи составили первую карту магнитного поля Солнца для одной из ярких областей, которые образуются около солнечных пятен. Проследив линии этого поля от светоизлучающей внешней оболочки звезды, фотосферы, до верхних пределов газового слоя, хромосферы, ученые обнаружили высокую корреляцию между плотностью энергии и интенсивностью магнитного поля.
По мнению авторов, это открытие дает понимание того, как энергия передается между внешними оболочками Солнца и доказывает, что верхнюю атмосферу Солнца нагревает его магнитное поле, которое и стимулирует солнечную активность.