Гигантская торнадо-подобная структура диаметром большим, чем ширина Соединенных Штатов была обнаружена в верхней области атмосферы Солнца — в короне. Первооткрыватели говорят, что такие смерчи могут обеспечить механизм передачи энергии на Солнце, и объяснить давнюю тайну: почему корона Солнца разительно горячее, чем его поверхность.
Корона
— область ионизированного газа, которая простирается на миллионы километров от поверхности Солнца в космос. Физикам известно уже более полувека, что она имеет температуру в несколько миллионов Кельвин, в то время как поверхность Солнца является относительно холодной — всего 6000 К. Эту удивительную особенность Солнца проверили астрофизики, которые уже непосредственно наблюдают механизм, посредством которого нагревается корона.
Ныне появились новые возможности для наблюдения Солнца и процессов, связанных с передачей энергии между солнечными слоями, в связи с запуском в 2007 году обсерватории солнечной динамики НАСА (SDO - Solar Dynamics Observatory). Данные одного из научных инструментов SDO, называемого Atmospheric Imaging Assembly (AIA), были проанализированы в недавней работе группы исследователей из Университета Осло в Норвегии во главе с астрофизиком Свеном Ведемейер-Бемом (Sven Wedemeyer-Böhm).
Скоростной смерч
Группа Ведемейер-Бема нашла в данных AIA доказательство завихрений газа в короне, которые похожи на торнадо или смерчи — твистеры. Твистеры имеют диаметр от 1500 до 5500 км, некоторые в форме колец, в то время как у других имеются спиральные рукава. Каждое торнадо-событие продолжалось в течение нескольких минут, во время которых коронарные газы с температурой около миллиона Кельвин, вращаются со скоростью более 10000 км / час.
Более ранние исследования показали, что поверхность Солнца также покрыта вихревыми потоками газа за счет тепловой неустойчивости в нижележащих слоях. Исследователи группы Ведемейер-Бема считают, что солнечные торнадо связаны с этими поверхностными вихрями магнитным полем Солнца. Идея в том, что магнитный поток, выходящий из недр Солнца вызывает кручение, проходя через солнечную поверхность, что приводит к образованию торнадо в вышележащих слоях.
В статье в
Nature
на этой неделе (
486 505
), исследователи описывают, как они определили 14 супер-торнадо и они оценивают, что более 10000 из них существуют одновременно в намагниченных областях Солнца. Верхние границы отдельных торнадо были замечены на разных высотах в короне, но длина каждого торнадо должно быть не менее 2000 км - типичное расстояние между короной и поверхностью Солнца.
Подпитка короны
Объединив свои наблюдения с результатами численного моделирования внешних слоев Солнца, исследователи предположили, что эти магнитные торнадо могут обеспечить механизм передачи тепла короне. «Торнадо, как мы видим, простирается от поверхности через хромосферу в корону. Это действительно колоссальное явление в хромосфере, но высвобождает оно энергию высоко в короне», рассказал Ведемейер-Бем для
physicsworld.com
. Он признает, однако, что торнадо, вероятно, не учитывают всей передачи энергии. «Скорее всего, торнадо не учитывают всю необходимую энергию, но, вероятно, все же значительную ее часть».
Действительно, независимая группа
опубликовала работу в прошлом году
по данным того же инструмента AIA, в которой также представлен потенциальный механизм передачи тепла в короне. Это группа под руководством Скотта Макинтоша (Scott McIntosh) из Национального центра атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо. Они обнаружили в короне обилие так называемых
Альфвеновских волн
. Эти волны, предсказанные шведским лауреатом Нобелевской премии Ханнесом Альфвеном, были обнаружены в скоротечных струях газа в короне, известные как
спикулы
, которые значительно тоньше, чем торнадо, выявленные в этой последней работе.
Макинтош считает, что вновь выявленные торнадо могут представлять собой крупномасштабные проявления Альфвеновских волн. «То, что сообщается в этой статье, является одной из форм этого Альфвеновского движения, но в большем масштабе когерентности».
Больше твистеров
Заглядывая в будущее, Ведемейер-Бем говорит, что его группа попытается подсчитать количество теплоты, нагревающее корону и приходящее от этих торнадо, анализируя еще больший объем данных от AIA и совершенствуя численные модели.
Петр Карджил (Peter Cargill), специалист по физике космоса и атмосферы из Имперского колледжа в Лондоне, находится под впечатлением от самой области исследований. «Главное, чем я впечатлен, так это то, как много информации поступает из анализа солнечной атмосферы с использованием данных от всевозможных различных слоев и как численные модели помогают интерпретировать данные».
Карджил считает, однако, что есть еще много нерешенных вопросов, касающихся передачи энергии между короной и поверхностью Солнца. «Вы можете спросить, существуют ли эти торнадо на различных масштабах, каково распределение энергии в них, и подобные вопросы для волн, спикул и т. д.».
Об авторе
Джеймс Дэйси (James Dacey), мультимедийный редактор проектов
Physics World