Самые детальные снимки Солнца могут разгадать тайну нагрева короны

Астрономы получили изображения поверхности Солнца с самым высоким разрешением в истории. Снимки, сделанные солнечным телескопом имени Дэниела Иноуэ на Гавайях — самом мощном в мире инструменте для наблюдения за звездой, — показывают объекты размером менее двадцати километров. Эти беспрецедентные изображения демонстрируют процессы, которые, вероятно, помогут разгадать загадку, над которой учёные бьются уже несколько десятилетий: почему температура солнечной короны на миллионы градусов выше, чем температура поверхности.

Солнечный телескоп Иноуэ расположен недалеко от вершины вулкана Халеакала на острове Мауи. Предыдущие наблюдения с его помощью показывали, что поверхность Солнца представляет собой мозаику из гранул размером с Францию. На тех снимках можно было различить объекты размером до тридцати километров. Новые изображения сделаны на пределе возможностей телескопа. «Это снимки поверхности Солнца с самым высоким пространственным разрешением из когда-либо полученных», — говорит доктор Фридрих Вёгер, старший научный сотрудник Национальной солнечной обсерватории США. Астроном доктор Давид Куридзе признаётся, что его первой реакцией было удивление: «Ничего подобного мы раньше не наблюдали при наблюдениях за Солнцем».

На последних снимках видны небольшие структуры, похожие на водовороты, на поверхности Солнца. Учёные идентифицировали их как проявления того, что называется неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца. Это явление возникает, когда быстро движущаяся плазма сталкивается с медленно движущейся жидкостью, создавая сдвиг на границе раздела. Возникают небольшие возмущения, которые разрастаются в спиралевидные вихри, напоминающие буруны на море.

Учёные наблюдали неустойчивость Кельвина-Гельмгольца в озёрах и океанах, в облаках на Земле и даже в атмосферах Юпитера и Сатурна. Но никогда ранее не удавалось подтвердить её существование на Солнце. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Почему это открытие так важно? Вспышки на Солнце — от протуберанцев и джетов до корональных выбросов массы — вызваны экстремальными колебаниями магнитных полей звезды. Эти вспышки могут приводить к масштабным сбоям на Земле, выводя из строя электросети, спутники, системы GPS-позиционирования и глобальной связи. Магнитные поля возникают из-за движения горячей заряженной плазмы на Солнце, но их природа до конца не изучена. Астрономы знают, что силовые линии магнитного поля могут переплетаться друг с другом, как пряди волос, создавая напряжение, которое внезапно высвобождается, когда эти переплетения разрываются. Но менее понятно, что запускает этот процесс.

Теперь учёные считают, что ключевую роль в этом играют вихревые потоки, обнаруженные на новых снимках. Они объясняют, почему силовые линии магнитного поля переплетаются и, возможно, почему солнечная корона нагревается до нескольких миллионов градусов, в то время как температура на поверхности Солнца составляет около шести тысяч градусов. «Когда в системе возникает такая нестабильность, энергия легко распространяется на более мелкие масштабы, — объясняет Куридзе. — И в какой-то момент она просто рассеивается в виде тепла. Это может быть причиной возникновения горячих корон — горячих внешних слоёв атмосферы Солнца и подобных ему звёзд».

Это открытие может стать разгадкой одной из величайших тайн в физике и астрофизике Солнца за последние полвека. Теперь, когда учёные впервые увидели неустойчивость Кельвина-Гельмгольца на Солнце, они могут изучать её механизмы и проверять теории, объясняющие аномальный нагрев короны. Следующие шаги — дальнейшие наблюдения и моделирование, которые помогут понять, как именно вихревые потоки передают энергию от поверхности к внешней атмосфере. И если эта связь подтвердится, мы наконец узнаем, почему Солнце ведёт себя так, как ведёт, и как его активность влияет на Землю.