Мистерията на слънчевата атмосфера е на път да бъде решена

Това е една от най-големите и дълготрайни мистерии, обкръжаващи, съвсем буквално, нашето Слънце: защо външната му атмосфера е по-гореща от огнената му повърхност?

Изследователи от университета в Мичиган смятат, че имат отговор и се надяват да го докажат с помощта на соларната сонда на НАСА.

След приблизително две години сондата ще бъде първата, създадена от човек, която ще влезе в зоната около слънцето, където топлината е фундаментално различна от това, което преди това космически кораб е срещал в космоса. Това ще позволи учените да тестват своята теория, че топлината се дължи на малки магнитни вълни, които се движат напред и назад в зоната.

Разрешаването на загадката ще позволи на учените да разберат по-добре и да предскажат поведението на Слънцето, което може да представлява сериозна заплаха за електрическата мрежа на Земята. И първата стъпка е да се определи къде започва и къде свършва прегряването на слънчевата външна атмосфера.

„Каквато и да е физиката зад това прегряване, това е пъзел, който ни гледа в очите около 500 години“, казва Джъстин Каспер, професор по климат и космически науки в университета в Мичиган и главен изследовател на мисията на соларната сонда Паркър. Именно на нея се разчита само до две години най-накрая да разкрие отговора.

Теорията на учените от Мичиган и как екипът ще използва Паркър, за да я тества, е изложена в доклад, публикуван на 4 юни в The Astrophysical Journal Letters.

В тази „зона на преференциално прегряване“ над слънчевата повърхност, температурата се повишава като цяло. Още по-странно, отделни елементи се нагряват до различни температури. Някои по-тежки йони са прегрети до 10 пъти повече от водорода, който е навсякъде в тази област, по-гореща от сърцевината на слънцето.

Подобни високи температури карат слънчевата атмосфера да набъбне до многократно по-голяма от диаметъра на слънцето и именно те са причината да виждаме разширената корона по време на слънчевите затъмнения. „В този смисъл, казва Каспер, мистерията на по-топлата атмосфера над слънцето в сравнение с неговата повърхност е видима за астрономите от половин хилядолетие“. По-точно високите температури са били оценени едва през миналия век.

Същата зона включва хидромагнитните „вълни на Алфвен“ (наречени на името на шведския учен Ханес Алфвен), движещи се назад и напред между най-външния й край и слънчевата повърхност. На най-външния край, наречен точка Алфвен, слънчевият вятър се движи по-бързо от скоростта на вълните Алфвен, а вълните вече не могат да се връщат обратно към слънцето.

„Под точката на Алфвен, е тази „супа от вълни“ – каза Каспер. „Заредените частици се отклоняват и ускоряват от вълни, идващи от всички посоки.“

Опитвайки се да преценят колко далеч от слънчевата повърхност спира това преференциално прегряване, екипът на университета в Мичиган изследва от десетилетия слънчевия вятър от космически кораб на НАСА.

Те се опитват да открият колко от повишената температура на хелия, близко до слънцето, е била изтласквана от сблъсъци с йони от слънчевия вятър, докато те пътуват към Земята. Наблюдението на температурния разпад на хелия им позволява да измерят разстоянието до външния ръб на най-горещата зона.

„Ние вземаме всички данни и ги третираме като хронометър, за да разберем колко време е изминало, откакто слънчевият вятър е бил прегрят“, казва Каспер. „Тъй като знам колко бързо се движи вятърът, можем да превърнем информацията в разстояние.

Тези изчисления поставят външния ръб на зоната на прегряване около 10 до 50 слънчеви радиуса от повърхността на Слънцето. Засега е невъзможно да бъдем по-точни, обясняват учените от университета. Първоначално Каспер не мисли да сравнява оценката си за местоположението на зоната с точката на Алфвен.

„За моя изненада, външната граница на зоната на преференциалното прегряване и точката на Алфвен се движеха по напълно предвидим начин, въпреки че изчисленията бяха напълно независими „, казва Каспер.

Така че дали точката Алфвен отбелязва външния ръб на зоната на прегряване? И какво точно се променя под точката на Алфвен, която прегрява тежките йони? Трябва да разберем това през следващите няколко години. Слънчевата сонда Паркър излетя през август 2018 г. и се приближи до слънцето през ноември същата година, повече отколкото всеки друг обект, създаден от човека.

През следващите две години Паркър ще се сближава със Слънцето все повече, докато падне под точката Алфвен. Учените предсказват, че трябва да навлезе в зоната на преференциалното прегряване през 2021 г., тъй като границата се разширява с увеличаване на слънчевата активност. След това НАСА ще разполага с информация директно от източника, за да отговори на всякакви дългогодишни въпроси.

„С Parker Solar Probe ще можем да определим окончателно чрез локални измервания кои процеси водят до ускоряване на слънчевия вятър и преференциалното нагряване на определени елементи,“ казва Каспер. Ако сондата заработи под точката Алфвен, район толкова близо до слънцето, това ще е ново рекордно приближаване до звездата, което нито един космически кораб не е постигал.

Изследването се финансира от НАСА.