Американські астрофізики намацали шлях до пояснення надзвичайно високої температури сонячної корони. Вже давно передбачалося, що приплив енергії забезпечують якісь нетеплові процеси, в яких беруть участь електромагнітні поля, що виникають у сонячній плазмі. І ось передбачені Альфвеном ще в 1942 році поперечні плазмові хвилі нарешті зареєстровані. Правда, поки що не ясно, чи не виявиться цей шлях тупиковим.
Давно відомо, що ця таємниця велика є. Температура поверхні Сонця, фотосфери, не перевищує 5800 кельвінів. А ось зовнішня частина атмосфери нашого світила, сонячна корона, куди гаряче. Вона складається з розрідженій плазми, яка по щільності поступається фотосфері приблизно в трильйон разів, але зате в середньому нагріта до 1,8 мільйона кельвінів. Більш того, окремі ділянки корони можуть на час розігріватися в кілька разів сильніше. Корональної світіння має унікальні спектральними характеристиками, які колись приписували гіпотетичному хімічному елементу - корона. Зараз відомо, що структура корональної спектра пояснюється наявністю сильно іонізованих іонів заліза.
Щоб температура корональної плазми досягала настільки велетенських значень, в корону повинна безперервно закачуватимуться енергія з фотосфери. Необхідна потужність давно прорахована - приблизно 1 кіловат на квадратний метр сонячної поверхні.
Постає природне запитання: як ця енергія передається? Очевидно, що прямий нагрів корони порівняно холодної фотосферой неможливий, це було б прямим порушенням другого закону термодинаміки. Це означає, що приплив енергії забезпечують якісь нетеплові процеси, в яких беруть участь електромагнітні поля, що виникають в плазмі. Для їх теоретичного опису однієї термодинаміки не обійдешся, треба залучати рівняння магнітної гідродинаміки.
Оскільки проблема стара, то і рішень для неї придумано багато. Про всі моделі корональної нагріву тут не розкажеш. В цілому вони розпадаються на два класи. В одному варіанті енергія несеться від фотосфери тими чи іншими плазмовими хвилями, у другому корону нагрівають індукційні струми, які в ній збуджує сонячне магнітне поле.
У плазмі може поширюватися чимало різних хвиль. Одні з них не вимагають наявності магнітного поля, інші збуджуються лише в його присутності. Фахівці з фізики Сонця пов'язують нагрів корони лише з хвилями другого типу, оскільки саме вони можуть ефективно каналізувати енергію. Найкращим кандидатом вважаються поперечні плазмові хвилі, які в 1942 році теоретично передбачив шведський астрофізик Ханнес Альфвен (Альвен). Вони поширюються в плазмі уздовж силових ліній магнітного поля і переносять енергію з дуже малими втратами. Альфвен в 1947 році першим припустив, що ці хвилі зароджуються в сонячній фотосфері і йдуть звідти в корону, вливаючи в неї енергію. Правда, хвилі Альфвена (Alfvén wave) в першому наближене, не диссипирует і тому самі по собі не можуть нагріти корональні плазму. Однак можна припустити, що вони збуджують в ній інші хвилі, які на це вже здатні.
Зібрані дані дозволяють стверджувати, що нововідкриті хвилі дійсно рухаються уздовж магнітного поля, причому їх швидкість досягає 4000 кілометрів на секунду. Як і очікувалося, їх частота збігається з частотою потужних фотосферних плазмових течій, які змушують магнітні силові лінії вібрувати на зразок натягнутих струн. Такі вібрації йдуть в корону у вигляді альфвенівських хвиль. Загалом, як і передбачали теоретики, корона начебто дійсно гріється за рахунок енергії конвективних течій фотосферної плазми, яка передається вгору від Сонця за допомогою хвиль Альфвена.
Однак загадка корональної температури все ще не має остаточної відповіді. Виловлені альфве- нівські хвилі занадто слабкі, щоб забезпечити нагрів корони до потрібних температур. Причому відміну зареєстрованих амплітуд від необхідних дуже велике, цілих чотири порядки. Проте Томчик і Макінтош вважають, що ця проблема вирішувана. На їхню думку, в короні, швидше за все, поширюються і альфве- нівські хвилі з куди більшими амплітудами, які поки не вдалося виявити через недостатню роздільної здатності поляриметра. Якщо це і справді так, з часом ці хвилі неодмінно будуть зареєстровані.
Джерело: S. Tomczyk, S. W. McIntosh, S. L. Keil, P. G. Judge, T. Schad, D. H. Seeley, J. Edmondson. Alfvén Waves in the Solar Corona // Science. V. 317. P. 1192-1196.