Физики впервые увидели резонансное разогревание солнечной короны

Физики из Японии, Бельгии и США впервые обнаружили прямые свидетельства резонансного поглощения в короне Солнца. Этот эффект объясняет разогрев газа в ней до миллионов градусов, несопоставимый с температурами нижележащей фотосферы (около 5800 кельвинов) и хромосферы (от 4000 до 20000 кельвинов). Работа опубликована в The Astrophysical Journal и состоит из двух статей, посвященных наблюдениям (препринт) и компьютерному моделированию (препринт). Кратко с результатами можно ознакомиться в пресс-релизе Японской национальной астрономической обсерватории.

Резонансное поглощение — процесс, в котором два различных типа волн, порождаемых магнитными явлениями, резонируют, усиливая интенсивность друг друга.

Для наблюдений резонансного поглощения физики скоординировали работу двух спутников, занимающихся исследованием физики Солнца — Hinode (JAXA) и IRIS (NASA). Аппараты почти одновременно проводили съемку участка Солнца, на котором были обнаружены протуберанцы. Целью съемки было обнаружение альфвеновских волн — плазменных волн, двигающихся вдоль линий магнитного поля. По отдельности, каждый из аппаратов может надежно наблюдать лишь один из видов этих волн: Hinode «видит» поперечные волны, а IRIS — волны кручения.

Авторам впервые удалось показать, что два типа этих волн синхронизированы между собой. Причем эта синхронизация, как сравнивает пресс-релиз организации, больше похожа на волны, возникающие вокруг ложки при размешивании чая движениями вперед-назад. Циклические движения ложки вызывают следующие за ней волны.

Физики наблюдали развитие отдельных нитей протуберанца, возникшего на Солнце. По данным Hinode, в протуберанце образовались поперечные волны. Из-за резонанса они запустили движение скручивающих потоков плазмы, которые наблюдает IRIS. Поток стал турбулентным и рассеяние энергии привело к нагреву вещества короны — с 10 до 100 тысяч кельвинов.

Такая модель возникновения тепла в системе хорошо согласуется с вычислениями, проведенными на суперкомпьютере ATERUI. Важно отметить, что максимальный нагрев достигается на поверхности нити протуберанца. Авторы сравнивают резонанс поперечных волн и волн кручения с раскачиванием на качелях — движения тела, смещающие центр тяжести, приводят к увеличению амплитуды колебаний качелей.

Проблема нагрева солнечной короны занимает ученых уже более 70 лет, на данный момент она все еще остается нерешенной. Такой разогрев не может происходить из-за обычных термодинамических процессов, так как второй закон термодинамики запрещает передачу тепла от менее нагретого тела к более нагретому. Считается, что ключевым в разогреве вещества короны может являться резонансное поглощение альфвеновских волн, однако все имевшиеся наблюдения этого процесса были косвенными. Новая работа впервые дала прямое подтверждение резонансному поглощению.