Исследования самарских ученых помогут в разгадке главной тайны Солнца

Научное открытие ученых Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева, по мнению авторов, позволит приблизиться к разгадке главной тайны Солнца, над которой ученые всего мира работают уже 70 лет, — выяснить причину аномального нагрева солнечной короны. Также предполагается, что новые данные помогут более эффективно предсказывать солнечные вспышки и магнитные бури. Результаты исследования опубликованы в авторитетном научном журнале Solar Physics.

Температура солнечной короны — внешнего слоя атмосферы Солнца — составляет около 1 млн градусов Цельсия, а местами достигает почти 10 млн. В то же время температура нижних слоев атмосферы светила составляет лишь около 5,5 тысяч градусов. Получается, чем дальше от центра Солнца, тем жарче, хотя внутри него все наоборот. Несколько десятков лет специалисты из разных стран выдвигают гипотезы, которые могли бы объяснить механизм нагрева короны.

Группа ученых Самарского университета и Самарского филиала Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (СФ ФИАН) под руководством профессора кафедры физики университета, главного научного сотрудника СФ ФИАН Нонны Молевич изучила влияние радиационного охлаждения и различных процессов нагрева плазмы на динамику волн в верхних слоях солнечной атмосферы.

"Наши исследования помогут решить проблему нагрева солнечной короны, которая остается нерешенной на протяжении 70 лет. Точное знание о волновой динамике в солнечной атмосфере также позволит улучшить существующие математические модели, описывающие Солнце. Это, в свою очередь, даст возможность эффективнее предсказывать солнечную погоду в целом, и, в частности, солнечные вспышки, активно влияющие на космическую и земную технику", — рассказал аспирант кафедры физики Самарского университета, младший научный сотрудник Самарского филиала ФИАН Сергей Белов.

По словам Белова, одним из наиболее вероятных переносчиков энергии в солнечной атмосфере являются альвеновские волны. Существование этих поперечных плазменных волн теоретически предсказал еще в 1942 году шведский астрофизик Ханнес Альвен. Он предположил, что такие волны распространяются в плазме вдоль силовых линий магнитного поля и переносят энергию с очень малыми потерями. Позднее существование альвеновских волн было подтверждено на практике. Экспериментальное изучение этих волн входит в перечень научных задач солнечного зонда НАСА "Паркер", запущенного в 2018 году.

"Эти волны похожи на колебания натянутой струны, с той разницей, что она сделана из плазмы, закрепляемой магнитным полем. Мой главный научный результат на сегодняшний день — демонстрация влияния радиационного охлаждения и различных процессов нагрева плазмы на альвеновские волны большой амплитуды", — отметил Белов.

Молодой ученый Сергей Белов

Это влияние, по его мнению, заключается в том, что при одних условиях волна может эффективнее отдавать свою энергию плазме, нагревая ее до наблюдаемых температур, а при других условиях волна, напротив, отдает энергию медленнее и переносит ее на большие расстояния из одних слоев солнечной атмосферы в другие.

"Подобный результат, с одной стороны, расширяет наше понимание механизма нагрева с помощью альвеновских волн. С другой стороны, он может быть полезен для определения методов наблюдательного детектирования альвеновских волн в короне и источника альвеновских волн, наблюдаемых в солнечном ветре", — рассказал ученый.

Распространение альвеновских волн самарские ученые исследуют с помощью уравнений магнитной газодинамики. Поставленные в проекте проблемы требуют проведения теоретических исследований с помощью аналитических и численных методов на стыке различных дисциплин, в том числе математической теории волн, нелинейной динамики и физики плазмы. Ожидается, что по итогам работы будут представлены системы уравнений, математически точно описывающие различные параметры и модели нагрева солнечной корональной плазмы. Научные результаты могут помочь и в развитии термоядерной энергетики, которая могла бы дать человечеству колоссальные объемы энергии.

"Солнце не зря называют самой большой и доступной лабораторией по физике плазмы, там существуют условия, которые очень сложно воссоздать на Земле. Изучая Солнце, мы сможем лучше узнать, как работают плазменные эффекты и, возможно, в дальнейшем будем использовать их на Земле на установках термоядерного синтеза", — подчеркнул Белов.

Исследования проводились на средства гранта Российского фонда фундаментальных исследований.