Атмосфера Солнца: фотосфера, хромосфера и солнечная корона
Фотосфера
Фотосфера — Это видимая поверхность звезды, извергающая основную часть оптического излучения. Толщина этого слоя от 100 до 400 км, а температура от 6600° К (внутри) до 4400° К (у внешнего края). Размеры Солнца определяются именно по фотосфере. Газ здесь относительно разреженный, а скорость вращения его различна в зависимости от области. В экваториальной области один оборот происходит за 24 дня, а в районе полюсов за 30 дней.
Хромосфера
Эта оболочка окружает фотосферу, и её толщина около 2000 км. Верхняя граница хромосферы характерна постоянными горячими выбросами – спикулами. Эту часть Солнца увидеть можно только при полном солнечном затмении. Тогда она проявляется в красных тонах.
Солнечная корона
Это последняя солнечная оболочка. Она характеризуется наличием протуберанцев и извержениями энергии. Они выплёскиваются на сотни тысяч километров, порождая солнечный ветер.
Температура короны намного выше поверхности Солнца – 1 000 000° К – 2 000 000° К, а в некоторых местах от 8 000 000° К до 29 000 000° К. Но увидеть корону можно лишь при солнечном затмении. Корона изменяет свою форму. Изменения зависят от цикла солнечной активности. На пиках максимума её форма округлая, а в минимальных значениях – вытянутая вдоль экватора.
Солнечный ветер
Солнечный ветер — это поток ионизованных частиц, выбрасываемых из Солнца во всех направлениях со скоростью около 400 км в секунду. Источником солнечного ветра является солнечная корона. Температура короны Солнца настолько высока, что сила гравитации не способна удержать ее вещество вблизи поверхности, и часть этого вещества непрерывно улетает в межпланетное пространство.
Хотя мы понимаем общие причины, по которым возникает солнечный ветер, многие детали этого процесса все еще не ясны. В частности, в настоящее время до конца не известно, где именно корональный газ ускоряется до таких высоких скоростей.
Источник
Корона Солнца
Корона Солнца — внешняя часть атмосферы нашего светила. Она и самая протяжённая. Её можно с успехом наблюдать во время немногочисленных полных затмений. Тогда наш Луна закрывает собой весь солнечный диск и корона в виде яркого ореола становится видна для обозрения. Вся атмосфера звезды очень неоднородна, это касается и короны. В структуре короны встречаются дыры, протуберанцы и петли. Их размеры, конфигурация и структура постоянно меняется на протяжении циклов активности Солнца. Ниже расположена схема строения Солнца со слоями.
Графическое представление слоев Солнца
Линии излучения короны Солнца
Ранние исследования учёных и астрономов-любителей солнечного спектра выявили множество различных линий и излучений, которые трудно было с чем-то сопоставить. Известные химические элементы не давали таких линий при спектральном анализе. Некоторыми было высказано мнение о существовании неизвестных земной науке веществ, присутствующих в составе звезды. Вещество получило своё название – короний.
Элемент пытались открыть, пока не обратили внимание на температуру солнечной короны. Её значение превысило 1 миллион градусов по Цельсию. Такая температура вызывает полную ионизацию находящихся в составе атмосферы веществ: водорода и гелия. Они теряют свои электроны и не могут излучать в привычном спектре. Поэтому на фоне ионизации видимая часть излучения становится характерна для редких элементов, непривычных для основного состава звезды. Начинают выделяться линии ионизированного железа и кальция. Соединение их спектров и дало неизвестный короний, доводивший до исступления учёных.
Корону Солнца удобно наблюдать при солнечном затмении
Сейчас же для наблюдения за короной Солнца не нужно долго ждать следующего полного затмения. Существуют новые инструменты для исследования короны (коронографы), которые в любой момент закрывают солнечный диск специальными заслонками и дают возможность изучать атмосферу нашего светила. Кроме того, на нашем сайте можно найти множество фото солнечной короны в различных фильтрах.
Корона Солнца в рентгеновском излучении
Исследования короны Солнца с земли в видимом диапазоне являются сегодня исключением. Всё изучение учёными перешло в рентгеновский диапазон, невидимый с поверхности Земли. Это вызвано очень высокой температурой на поверхности звезды. Кроме того, фотосфера и хромосфера Солнца не производят почти рентгеновских лучей и не мешают своими излучениями учёным для наблюдения и изучения короны.
Именно так выглядит корона Солнца в рентгеновском излучении
Оптика для исследования и фотографирования рентгеновского спектра значительно отличается от обычной. У вас не получится наблюдать за звездной короной, даже если купите самый дорогой телескоп. Дело в том, что пригодный для изучения короны инструмент должен находиться за пределами нашей земной атмосферы — на борту спутника или геофизической ракеты. В конце прошлого века очень много полезной информации дал японский спутник Yohkoh. Его исследование короны проходило с 1991 по 2001 год. В нашем веке занимались изучением короны в рентгеновском спектре спутники: Коронас-Ф, Сохо и Трейс. Российский Коронас-Фотон выведен на земную орбиту в 2008 году. На его борту имеется комплекс оборудования с телескопом Тесис для получения фотографий высокого разрешения. Они помогут разрешить много загадок и дать ответы на природу нашего светила и его короны. Учёные-физики получили отличный инструмент для исследования ближайшей звезды и космоса.
Источник
Почему корона Солнца горячее его поверхности
Группа французских астрофизиков под руководством Тахара Амари (Tahar Amari) из центра теоретической физики CNRS попыталась ответить на вопрос, почему корона Солнца во много раз горячее его поверхности, сообщает агентство Science News. Их исследование было опубликовано в журнале Nature.
Поверхность Солнца имеет температуру около 5500º. Однако на расстоянии около 10000 км от поверхности Солнца находится солнечная корона, которую мы видим как своего рода гало — ее температура достигает уже миллиона градусов. Причина такого различия в температуре между поверхностью и короной до сих пор была не ясна. Предполагалось, что это может быть как-то связано с электромагнитными волнами.
Работа Тахара Амари и его коллег показывает, что как именно это может происходить. Ученые предполагают, что над поверхностью Солнца расположено огромное количество электромагнитных структур, которые способны, подобно деревьям, отводить на расстояние тысяч километров магнитную энергию, которая формируется на поверхности Солнца. Компьютерное моделирование показало, что эти своеобразные электромагнитные заросли достигают короны, где, переплетаясь, выплескивают накопленную энергию, которая и позволяет короне нагреться до столь большой температуры. Кроме того, ученые отметили, что эти же структуры могут быть ответственны и за образование вспышек на Солнце.
Следует заметить, что гипотеза французских ученых не первая, разумеется, которая пытается объяснить, почему солнечная корона такая горячая. Например, группа американских астрофизиков недавно предположила, что за это отвечают так называемые нановспышки.
Источник
Ученые все еще не могут объяснить высокую температуру Солнечной короны
Система корональной петли на Солнце, видимая в УФ-свете от камеры Обсерватории солнечной динамики. Изображение охватывает около 50000 миль поверхности звезды. Спектрограф измерил кратковременные осветления в петле, что позволило впервые выявить потенциальную важность нетепловых электронов в нагреве активных корональных областей звезды. Источник: Reale et al. 2019
Раскаленный внешний слой Солнца нагревается больше 1 млн. К, что намного больше, чем температура поверхности звезды – 5500 К. Кроме того, корона крайне активная и выбрасывает ветер заряженных частиц со скоростью одной миллионной массы Луны каждый год.
Некоторые частицы атакуют Землю, вызывая полярные сияния, а порой и негативно сказываясь на работе системы связи. Существует два важных вопроса о короне:
- почему ее температура выше показателей поверхности?
- как корона создает солнечный ветер?
Полагают, что роль импульсивных событий – ключ к решению проблемы. Вспышки выступают наиболее заметными событиями, но существуют и более скромные явления, вроде нано-вспышек. Происхождение и свойства механизмов выделения энергии во вспышках часто скрываются под влиянием локального нагрева.
Поэтому приборы должны располагать хорошей чувствительностью и быстрым откликом на события, чтобы их зафиксировать. Так что нано-вспышки кажутся невидимыми на фоне гигантского активного солнечного котла.
Теперь исследователи считают, что именно события промежуточного масштаба могут дать подсказки к тому, как выделяется энергия в виде ветра. Особенно активно солнечные вспышки изучает астроном Паола Теста с помощью прибора IRIS Обсерватории солнечной динамики (ОСД).
ОСД – небольшой космический телескоп НАСА, запущенный в 2013 году. Недавно IRIS сумел зафиксировать вспышки промежуточных масштабов, которые заметили за счет осветления в точках основания петель. Они характеризуются высокими скоростями движения вверх, вызванными импульсным нагревом.
IRIS измерил УФ-линию высокоионизированного кремния, что позволило выявить сильно меняющуюся активность в течении 20-60 секунд. Это намекает на наличие магнитных петель активности.
Четкое соответствие между яркостью, наблюдаемой IRIS, и корональными петлями заставило ученых систематически изучить события. Теперь они считают, что найденные у основания крайне горячих корональных петель локализованные осветления можно рассматривать в качестве системы взаимодействующих петель. И эти системы определяют характерные высокие температуры и прочие характеристики, отвечающие за формирование вспышек среднего размера.
Источник
Почему солнечная корона намного горячее поверхности Солнца? Рассказывают астрофизики
Температура внешней атмосферы Солнца, так называемой «солнечной короны» — более 2 млн градусов Цельсия, тогда как газовая поверхность звезды нагревается всего до 5 тыс. градусов Цельсия. Несмотря на это, в ядре Солнца температура может доходить и до 15 млн градусов. Астрофизики журнала «EurekAlert!» попытались объяснить этот феномен.
11 августа 2018 года организация НАСА запустит один из своих амбициозных проектов — зонд Parker, который приблизится максимально близко к поверхности Солнца — 6,1 млн км, возможно, даже коснется его и не расплавится.
«Корона, через которую полетит Parker Solar Probe, имеет чрезвычайно высокую температуру, но очень низкую плотность», — объяснила инженер Сюзанна Дарлинг из НАСА.
Благодаря этому свойству теплозащитный экран, закрывающий Parker Solar Probe, будет нагреваться всего на 1 644 °C.
«Подумайте о различии между тем, как положить руку в горячую духовку или в кастрюлю с кипящей водой. В духовке ваша рука сможет выдержать гораздо более высокие температуры, поскольку там ниже плотность пространства. Аналогично этому происходит и на Солнце — корона менее плотная, поэтому космический аппарат взаимодействует с меньшим количеством частиц и не получает огромного количества тепла».
При этом человечество довольно мало знает о солнечной короне. Источниками для изучения становились только солнечные затмения, поскольку Луна блокировала самую яркую часть звезды — это позволило наблюдать за тусклой внешней атмосферой Солнца.
В 1869 году астрофизики во время полного солнечного затмения наблюдали зеленую спектральную линию. Поскольку различные элементы излучают свет на характерных для них длинах волн, ученые могут использовать спектрометры для анализа света и, соответственно, определения его состава. При этом зеленая линия, наблюдаемая с Земли в 1869 году, не соответствовала каким-либо известным элементам на Земле. Ученые тогда подумали, что обнаружили новый элемент, и назвали его корониумом.
Ученые предлагают затенить Солнце, чтобы спасти коралловые рифы
Только в середине XX века шведские физики поняли, что корониум на самом деле — не новый элемент, а железо, перегретое до такой степени, что было ионизировано 13 раз — у него осталась только половина электронов атома обычного железа. Такой процесс ионизации может случиться, только если корональные температуры составляют более 2 млн градусов по Цельсию — это в 200 раз больше, чем на поверхности.
За время открытия корональной атмосферы ученые со всего мира пытались понять ее поведение, но даже самые сложные модели и наблюдения со спутников в высоком разрешении лишь частично объясняют такое резкое нагревание. А многие теории противоречат друг другу.
Астрономы обнаружили 12 новых спутников Юпитера
Люди могут находиться только в экспансивной атмосфере Солнца, поэтому данные, которые ученые получают от анализа солнечной плазмы в околоземном пространстве, резко отличаются от информации о звезде, которую можно получить, находясь рядом с ним. За те 146 млн км, которые солнечный ветер добирается за четыре дня до Земли, он множество раз смешивается с другими частицами и теряет огромное количество своих определяющих черт.
При этом близко к короне спутник Parker будет соприкасаться только с идентичными горячими частицами. Спутник проверит две главные теории, которые объясняют корональное нагревание.
13 июля пройдет солнечное затмение суперлуной
Одна из теорий считает, что главной причиной экстремальных температур короны являются электромагнитные волны определенной частоты — волны Альвена — выходящие из глубины Солнца в корону и посылающие заряженные частицы, которые вращаются и нагревают атмосферу. Это немного похоже на то, как океанские волны ускоряют движение серферов к берегу, отмечают ученые.
Согласно другой теории, микроразрывы, называемые нанофларами, — слишком маленькие и быстрые для обнаружения, — могут нагревать корону. Эти теории пока невозможно доказать, поэтому данные со спутника НАСА могут значительно продвинуть солнечную астрофизику.
Источник