Dlaczego atmosfera słoneczna jest setki razy cieplejsza niż jego powierzchnia?

Widoczna powierzchnia słońca lub FotosferaOkoło 6000 ° C Ale kilka tysięcy kilometrów dalej – niewielka odległość, gdy myślimy o wielkości Słońca – heliosfera, zwana też AuraSetki razy cieplejsze, przy temperaturze 1 miliona stopni Celsjusza lub wyższej.

Ten wzrost temperatury obserwuje się pomimo rosnącej odległości od głównego źródła energii Słońca, w większości gwiazd i reprezentuje Niezbędna łamigłówka Które astrofizycy zastanawiali się od dziesięcioleci.

W 1942 roku szwedzki naukowiec Hannes Alfvén Zaproponuj wyjaśnienie. Założono, że namagnesowane fale plazmy mogą przenosić ogromne ilości energii Pole magnetyczne Słońca Z wnętrza do korony, obok fotosfery, po czym eksploduje ciepłem w górnej atmosferze Słońca.

Teoria została przyjęta w zasadzie – ale nadal musimy udowodnić w formie obserwacji eksperymentalnej, że te fale istnieją. Nasze ostatnie badanie W końcu osiąga to, potwierdzając 80-letnią teorię Alvina i przybliżając nas o krok do wykorzystania tego wysokoenergetycznego zjawiska na Ziemi.

Pilne pytania

Plik Koronalny problem ogrzewania Został założony od późnych lat trzydziestych XX wieku, kiedy szwedzki spektrofotolog Bengt Edlin i niemiecki astrofizyk Walter Grüterian po raz pierwszy zaobserwowali zjawiska w koronie słonecznej, które mogą istnieć tylko wtedy, gdy jej temperatura była Kilka milionów stopni Celsjusza.

Oznacza to temperatury do 1000 razy wyższe niż w fotosferze poniżej, która jest powierzchnią Słońca, którą możemy zobaczyć z Ziemi. Oszacowanie temperatury fotosfery zawsze było stosunkowo proste: po prostu tego potrzebujemy Pomiar światła Dociera do nas od słońca i porównuje to z modelami widmowymi, które przewidują temperaturę źródła światła.

W ciągu wielu dziesięcioleci badań temperaturę fotosfery szacowano statystycznie na około 6000 ° C. Edlin i Grotrian odkrywają, że korona Słońca jest znacznie gorętsza niż fotosfera – mimo że znajduje się dalej od Rdzeń Słońca, Jego ostateczne źródło energii – wywołało wiele konsternacji w środowisku naukowym.

Naukowcy przyjrzeli się właściwościom słońca, aby wyjaśnić tę różnicę. Słońce prawie w całości składa się z plazmy, która jest silnie zjonizowanym gazem, który przenosi ładunek elektryczny. Ruch tej plazmy w Strefa konwekcjiGórna część wnętrza Słońca – wytwarza ogromne prądy elektryczne i Silne pola magnetyczne.

Pola te są następnie wyciągane z wnętrza Słońca przez konwekcję i stłoczone na jego widocznej powierzchni w formie Ciemne plamy słoneczne, Które są grupami pól magnetycznych, które mogą tworzyć różnorodne struktury magnetyczne w formacie Heliosfera.

W tym miejscu pojawia się teoria Alvina. Doszedł do wniosku, że w namagnesowanej plazmie słonecznej wszelkie ruchy masowe cząstek naładowanych elektrycznie zakłócałyby pole magnetyczne, tworząc fale, które mogą przenosić ogromne ilości energii na duże odległości – od powierzchni Słońca do jego górnej atmosfery. Ciepło przekazywane jest wzdłuż tzw Słoneczne lampy magnetyczne Zanim wybuchnie w koronie, powodując wysoką temperaturę.

Te magnetyczne fale plazmowe są teraz nazywane falami Alfvéna, a ich rola w wyjaśnianiu nagrzewania koronalnego zaowocowała przyznaniem Alfvénowi nagrody. Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki 1970.

Zobacz, jak Alvin macha

Pozostał jednak problem z faktycznym monitorowaniem tych fal. Na powierzchni iw atmosferze Słońca ma miejsce tak wiele wydarzeń – od zjawisk wielokrotnie większych niż Ziemia po subtelne zmiany, które są mniej dokładne niż nasze instrumenty – że nigdy wcześniej nie uzyskano bezpośrednich dowodów obserwacyjnych na fale Alfvéna w fotosferze. .

Jednak ostatnie postępy w oprzyrządowaniu otworzyły nowe okno, w którym możemy studiować heliofizykę. Jednym z tych narzędzi jest Spektrofotometr interferometr dwuwymiarowy (IBIS) spektroskopia do obrazowania, zainstalowana w Den Solar Telescope w Nowym Meksyku, USA. To narzędzie pozwoliło nam na bardziej szczegółowe obserwacje i pomiary Słońca.

W połączeniu z dobrymi warunkami oglądania, zaawansowanymi symulacjami komputerowymi i wysiłkami międzynarodowego zespołu złożonego z siedmiu naukowców I instytucje badawcze, Użyliśmy IBIS do Wreszcie potwierdźPo raz pierwszy w słonecznych rurach ze strumieniem magnetycznym znaleziono fale ffin.

Nowe źródło energii

Bezpośrednie wykrywanie fal Alfvéna w heliosferze jest ważnym krokiem w kierunku wykorzystania jej wysokiego potencjału energetycznego na Ziemi. Mogą nam pomóc w wyszukiwaniu Fuzja nuklearnaNa przykład ciągły proces Wewnątrz słońca Polega na przekształcaniu niewielkich ilości materii w olbrzymie ilości energii. Nasze obecne elektrownie jądrowe są używane Rozszczepienia jądrowego, Który zdaniem krytyków tworzy niebezpieczne odpady nuklearne – szczególnie w przypadku katastrof, w tym tej, która wydarzyła się w Fukushimie w 2011 roku.

Stwórz czystą energię, powtarzając Fuzja nuklearna Ze Słońca na Ziemi wciąż jest ogromne wyzwanie, ponieważ nadal musimy szybko wygenerować 100 milionów stopni Celsjusza, aby doszło do fuzji. Dwa tysiące fal może być jednym ze sposobów, aby to zrobić. Nasza zwiększona wiedza o słońcu pokazuje, że jest to z pewnością możliwe – w odpowiednich warunkach.

Dzięki nowym i pionierskim misjom i narzędziom wkrótce spodziewamy się większej liczby wykrywanych promieni słonecznych. Europejska Agencja Kosmiczna Satelita na orbicie słonecznej Jest teraz na orbicie wokół Słońca, dostarczając obrazy i wykonując pomiary nieznanych regionów polarnych gwiazdy. Na suchym lądzie zaprezentował nowy, high-endowy występ Teleskopy słoneczne Oczekuje się, że nasze obserwacje Słońca będą również wspierać Ziemię.

Wiele tajemnic słońca nie zostało jeszcze odkrytych, w tym jego właściwości pole magnetyczneTo ekscytujący czas dla studiów słonecznych. Nasze odkrycie fal Alfena jest tylko jednym z wkładów w szersze pole, którego celem jest odkrycie pozostałych tajemnic Słońca do praktycznego zastosowania na Ziemi.

Ten artykuł został opublikowany ponownie z Rozmowa Na licencji Creative Commons. Przeczytać Oryginalny artykuł.