Наука крупным планом: полное загадок Солнце

фото: pixabay.com

Мы продолжаем рассказывать о работе Института солнечно-земной физики СО РАН, которому в этом году исполняется 60 лет. После встречи с Романом Валерьевичем Васильевым из лаборатории физики нижней и средней атмосферы, мы отправились в следующую лабораторию. В место, где изучается то, благодаря чему существует наша Земля – Солнце.

В ИСЗФ мы встретились с заведующим лабораторией радиоастрофизических исследований Алексеем Алексеевичем Кузнецовым и старшим научным сотрудником Сергеем Александровичем Анфиногентовым.

Лаборатория изучает активность Солнца, используя многолетние данные наблюдений. Основные объекты исследований, на которые обращено внимание ученых – активные области на Солнце и солнечные вспышки.

Солнечные вспышки – опасность для современности

Солнечная вспышка – это выброс вещества и энергии из активной поверхности звезды. И, казалось бы, такой близкий к нам объект мы можем изучать вдоль и поперек, и знать о нем все, но это не так. По словам Алексея Кузнецова, в общих чертах мы знаем, как происходят солнечные вспышки, но есть много неясностей. В основе вспышки лежит магнитное поле, которое и является источником энергии, но как эта энергия переходит в другие формы – мы не знаем. Происходит нагрев плазмы, ускорение частиц, но как происходит ускорение и нагрев – тоже непонятно.

А главная загадка – почему солнечная корона горячая. Но об этом позже.

В исследованиях лаборатория радиоастрофизических исследований использует в качестве основного инструмента Сибирский солнечный телескоп в Бадарах, но только им не ограничивается. Берут данные и от зарубежных телескопов, например, от радиогелиографа Нобеяма в Японии. Главный инструмент, которого ждут наши ученые, – строящийся радиогелиограф в Бадарах, который будет иметь широкий диапазон частот.

Солнце сотрудники лаборатории изучают как в радиодиапазоне, так и в обычном видимом свете, и с помощью рентгеновских наблюдений со спутников. Все хотят понять происходящие во время вспышек процессы и то, как они влияют на Землю.

Существует два фактора влияния вспышек на Землю. Первый – влияние на магнитное поле Земли. Вспышки приводят к выбросу корональной массы, когда огромные облака плазмы летят к нашей планете, сжимают ее магнитное поле и вызывают магнитные бури. Из-за магнитных бурь появляются помехи в радиосвязи, электросетях. Поэтому в наше время так важно предсказать солнечные вспышки, ведь современная жизнь во многом зависит от радиосвязи и электроэнергии.

Второй фактор – космическая радиация. Ускоренные частицы могут повредить оборудование на спутниках и стать угрозой для космонавтов.

Что интересно – для самой планеты солнечные вспышки не страшны. Да и если бы мы не были на данный момент такими продвинутыми в технике, то и для нас они бы не имели значения. В Средние века происходили вспышки в сотни раз мощнее нынешних, но никаких катастроф не случилось.

Учитывая большое количество неясностей в процессах в Солнце, предсказание вспышек становится похоже на предсказание погоды на Земле. Мы знаем климат, характерную для климата погоду, но предсказать далеко наперед не в силах. Ведь порой в мае у нас может выпасть снег.

И однажды, говоря метафорами, на Солнце действительно «выпал снег в мае».

Снег в мае, или солнечная активность в период минимума

Три года назад произошло достаточно необычное событие.

Мы знаем, что активность Солнца цикличная, она составляет 11 лет, делится на периоды максимума и минимума. В максимуме на Солнце много активных областей, пятен и вспышек, в минимуме – все наоборот.

Наука крупным планом: полное загадок Солнце
Изображение самой мощной вспышки за прошедший солнечный цикл (17 сентября 12:03, вспышка балл X9.3) на длине волны 94 Ангстрем (не видимое глазу излучение в крайнем ультрафиолете)

В 2017 году на Солнце началось затишье – период минимума. Но внезапно появилась группа пятен на звезде, произошла мощнейшая вспышка за последний солнечный цикл.
Сотрудники лаборатории радиоастрофизических исследований Солнца обнаружили по радионаблюдениям, что помимо мощной вспышки наблюдалось сильное магнитное поле в короне.

Наука крупным планом: полное загадок Солнце
Радиоизображение Солнца в день вспышки, полученное 48-антенным прототипом Сибирского радиогелиографа на частоте 5.2 ГГц (сама вспышка произошла, когда в Иркутске Солнце уже было за горизонтом)

Солнечная корона – это внешние слои атмосферы Солнца. В ней магнитное поле управляет всем. Та самая энергия, которая выделяется при вспышке, сохраняется внутри магнитного поля. И сам вопрос – будет ли вспышка? – завязан на магнитном поле.

“Точно и хорошо мы умеем измерять магнитное поле в фотосфере – в видимой поверхности. Самые интересные вещи находятся выше, где магнитное поле измерить тяжело”, – рассказывает Сергей Анфиногентов.

Что греет корону Солнца?

Как мы уже писали, в физике Солнца главная загадка – почему солнечная корона такая горячая, ведь тепла снизу, от фотосферы, недостаточно, чтобы ее нагреть. Она греется чем-то другим, а чем – неизвестно.

Впервые об этом заговорили в середине XX века, когда в корональном излучении обнаружили спектральные линии, которые могут образоваться только при температуре около миллиона градусов, что примерно в 150 раз горячее видимой поверхности Солнца – фотосферы.

Путем теплопередачи невозможно передать тепло от холодного тела к горячему, поэтому существует какой-то неизвестный пока процесс, постоянно нагревающий солнечную корону.

Расчеты показывают, что без такого подогрева корона Солнца остыла бы за считанные часы, но этого не происходит. Ученые во всем мире пытаются понять, но пока ответ на вопрос, почему солнечная корона такая горячая, остается неизвестным.

Сергей Анфиногентов на данный момент занимается измерением магнитного поля в короне Солнца. Первый подход – по радиоизлучению, второй – по колебанию корональных петель.

На видео: наблюдение изгибных колебаний корональных петель на Солнце. Слева – исходные данные, справа – обработанные алгоритмом увеличения движений.

Частота, с которой колеблются корональные петли, зависит от магнитного поля в короне. Наблюдая их период и частоту, можно выяснить, какое в них магнитное поле. Сергей обнаружил, что корональные петли немного колеблются все время, это никто ранее не замечал, потому что амплитуда небольшая.

Чтобы изучать маленькие пространственные смещения, невидимые глазом, Сергей Анфиногентов использует специальный метод обработки изображений, который может увеличить эти смещения в несколько раз и сделать малые колебания корональных петель видимыми для человеческого глаза. На примере фонаря увеличение амплитуды всех движений в 30 раз выглядит так:

Вполне возможно, что ученые нашего Института солнечно-земной физики сделают важнейшие открытия, касающиеся активности Солнца. А мы пока продолжим рассказывать вам о работе института в наших следующих материалах.

Валерия Гранкина. “Иркутск Сегодня”

Похожие новости