Корональные петли, элегантные и яркие структуры, пронизывающие поверхность Солнца и в атмосферу Солнца, являются ключом к пониманию того, почему корона такая горячая. Да, это Солнце, и да, это жарко, но его атмосфера тоже жарко. Головоломка о том, почему солнечная корона горячее фотосферы Солнца, с середины двадцатого века заставляет солнечных физиков быть занятыми, но с помощью современных обсерваторий и передовых теоретических моделей у нас теперь есть довольно хорошее представление о том, что вызывает это. Так проблема решена? Не совсем…
Так почему же солнечные физики так интересуются солнечной короной? Чтобы ответить на этот вопрос, я приведу отрывок из моей первой статьи в журнале Space Magazine:
…измерения корональных частиц говорят нам, что атмосфера Солнца на самом деле горячее, чем поверхность Солнца. Традиционное мышление предполагает, что это неправильно; все виды физических законов будут нарушены. Воздух вокруг лампочки не горячее, чем сама лампочка, тепло от объекта будет уменьшаться по мере того, как вы будете измерять температуру (на самом деле это очевидно). Если вам холодно, вы не уходите от огня, вы становитесь ближе к нему! - из «Hinode обнаруживает скрытую искру солнца», журнал Space, 21 декабря 2007 г.
Это не только академическое любопытство. Космическая погода происходит из нижней солнечной короны; Понимание механизмов, стоящих за корональным нагревом, имеет широкие последствия для прогнозирования энергетических (и разрушительных) солнечных вспышек и прогнозирования межпланетных условий.
Итак, проблема нагрева короны - интересная проблема, и физики солнечной энергетики горячо следят за ответом на вопрос, почему корона такая горячая. Магнитные корональные петли являются центральными для этого явления; они находятся у основания солнечной атмосферы и испытывают быстрый нагрев с градиентом температуры от десятков тысяч Кельвинов (в хромосфере) до десятков миллионов Кельвинов (в короне) на очень коротком расстоянии. Градиент температуры действует через тонкую переходную область (TR), которая варьируется по толщине, но местами может иметь толщину всего несколько сотен километров.
Эти яркие петли горячей солнечной плазмы можно легко увидеть, но между наблюдением короны и теорией короны существует много расхождений. Механизмы, ответственные за нагревание петель, оказались трудными для определения, особенно при попытке понять динамику «промежуточных температур» (то есть «теплых») корональных петель с плазмой, нагретой примерно до миллиона Кельвинов. Мы приближаемся к решению этой загадки, которая поможет предсказаниям космической погоды от Солнца до Земли, но нам нужно понять, почему теория не совпадает с той, что мы видим.
Солнечные физики были разделены на эту тему в течение некоторого времени. Нагревается ли плазма корональной петли прерывистыми событиями магнитного пересоединения по всей длине корональной петли? Или они нагреваются каким-то другим устойчивым нагревом в короне? Или это немного и того, и другого?
Я фактически четыре года боролся с этой проблемой, работая с Solar Group в Университете Уэльса, Аберистуит, но я был на стороне «устойчивого нагрева». Есть несколько возможностей при рассмотрении механизмов, стоящих за устойчивым коронным нагревом, моей конкретной областью исследования было альфвеновское производство волн и взаимодействия волн с частицами (бессовестная самореклама… мой тезис 2006 года: Неподвижные корональные петли, нагретые турбулентностью, на всякий случай у вас впереди свободные, скучные выходные).
Джеймс Климчук из Лаборатории солнечной физики Центра космических полетов им. Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, придерживается другого мнения и поддерживает нанообъектив, механизм импульсного нагрева, но он прекрасно осознает, что в игру могут вступить другие факторы:
“В последние годы стало ясно, что корональный нагрев - это очень динамичный процесс, но несоответствия между наблюдениями и теоретическими моделями являются основным источником изжоги. Теперь мы обнаружили два возможных решения этой дилеммы: энергия высвобождается импульсивно при правильном сочетании ускорения частиц и прямого нагрева, или энергия высвобождается постепенно очень близко к поверхности Солнца.- Джеймс Климчук
Предполагается, что нанофлары будут поддерживать теплые корональные петли на их довольно устойчивом 1 млн. Кельвинов. Мы знаем, что петли - это температура, поскольку они излучают излучение в экстремальных ультрафиолетовых (EUV) длинах волн, и множество обсерваторий было построено или отправлено в космос с приборами, чувствительными к этой длине волны. Космические приборы, такие как EUV Imaging Telescope (EIT) на борту НАСА / ЕКА Солнечная и Гелиосферная Обсерватория) НАСА Переходный регион и корональный исследователь (TRACE) и недавно работающий японец Хиноде миссия все имели свои успехи, но многие прорывы корональной петли произошли после запуска TRACE еще в 1998 году. Нанооблики очень трудно наблюдать непосредственно, так как они встречаются в пространственных масштабах, настолько малых, что они не могут быть решены с помощью современных инструментов. Тем не менее, мы близки, и есть след коронального доказательства, указывающего на эти энергетические события.
“Нанофлаеры могут выделять свою энергию по-разному, включая ускорение частиц, и теперь мы понимаем, что правильное сочетание ускорения частиц и прямого нагрева является одним из способов объяснения наблюдений.- Климчук
Медленно, но верно теоретические модели и наблюдения сближаются, и кажется, что после 60 лет попыток солнечные физики близки к пониманию механизмов нагрева позади короны. Глядя на то, как нанофлары и другие нагревательные механизмы могут влиять друг на друга, очень вероятно, что более чем один корональный нагревательный механизм работает ...
В стороне: Из интереса, наноплаки будут происходить на любой высоте вдоль корональной петли. Хотя их можно назвать nanoflaresПо земным меркам это огромные взрывы. Nanoflares выделяют энергию 1024-1026 эрг (то есть 1017-1019 Джоулей). Это эквивалентно примерно 1600–160 000 атомных бомб размером с Хиросиму (со взрывной энергией 15 килотонн), так что ничего нет нано об этих корональных взрывах! Но по сравнению со стандартными рентгеновскими вспышками Солнце время от времени генерирует с полной энергией 6 × 10.25 Джоулей (более 100 миллиардов атомных бомб), вы можете увидеть, как нановспышки получают свое имя ...
Первоначальный источник: НАСА
