Почему атмосфера Солнца горячее его поверхности?

Вопрос о том, почему несколько километров солнечной атмосферы имеют температуру в 200-500 раз выше температуры солнечно поверхности, долгое время оставался открытым. Но специалисты NASA близки к разгадке.

Какую температуру имеет поверхность Солнца.

Жизненный опыт подсказывает нам, что чем ближе поднести руку к пламени, тем горячее будет руке. Однако в космосе многие вещи работают не так, как подсказывает бытовой опыт: например, температура видимой поверхности Солнца составляет «всего» 5800 К (5526,85 °C), а вот на удалении, во внешних слоях атмосферы звезды, поднимается до миллионов градусов.

Попробуйте решить эту маленькую частную проблемку, известную под названием Проблемы нагрева солнечной короны, одну из нерешённых проблем современной физики! Когда явление обнаружили, учёным казалось, что солнечная корона нарушает второй закон термодинамики — ведь не может же энергия изнутри звезды переноситься в область короны, минуя поверхность.

До 2007 года существовало две основных теории, объясняющие разогрев солнечной короны. Одна гласила о том, что магнитные поля разгоняют плазму короны до невероятных энергий, благодаря чему она приобретает температуру выше температуры поверхности Солнца. Авторы второй теории склонялись к тому, что энергия прорывается в атмосферу изнутри звезды.

Исследования Барта Де Понтью (Bart De Pontieu) и его коллег доказали, что ударные волны, исходящие из недр звезды, обладают достаточной энергией для того, чтобы постоянно подпитывать корону энергией.

Зонд, изучающий температуру на поверхности Солнца.

В 2013 году NASA запустило зонд IRIS, который непрерывно снимает границу между поверхностью Солнца и короной в разных диапазонах. Его целью был ответ на все тот же вопрос: есть ли у солнечной короны один постоянный источник тепла, или энергия попадает в атмосферу Солнца в результате множества взрывов? Разница между этими двумя объяснениями очень велика, но понять, какое из них верно, очень сложно из-за огромной теплопроводности короны. Как только в отдельной точке на Солнце происходит выброс энергии, температура почти мгновенно растёт на огромной территории вокруг этой точки - и кажется, что температура короны более-менее постоянна.

Но аппарат IRIS фиксировал изменения температуры короны с таким маленьким интервалом, что учёным удалось увидеть множество «нановспышек» (nanoflares) где пересекались или накладывались магнитные линии. Вопрос о том, существует ли источник теплового излучения, который равномерно и постоянно нагревает корону, остаётся открытым, но теперь ясно, что по крайней мере часть энергии попадает в атмосферу Солнца из внутренних частей звезды в результате таких взрывов.

Позже наблюдения IRIS подтвердил аппарат EUNIS. Сейчас учёные почти уверены, что солнечная корона нагревается именно из-за множества маленьких взрывов, высвобождающих в атмосферу звезды раскалённую плазму, температура которой намного выше температуры поверхности Солнца.

Из чего состоит Солнце и какая там температура.

Солнце в основном состоит из плазмы и газа. Причём 91% газа составляет водород. Именно на светило приходится 99,86% массы от всей Солнечной системы. Структура Солнца состоит из нескольких составляющих.

Ядро Солнца.

Гравитация внутри ядра приводит к образованию большой температуры и давления. Температура тут может достигать 15 миллионов градусов по Цельсию. Здесь же атомы водорода сжимаются, и соединяются для получения гелия. Этот процесс называется ядерным синтезом. В ядре вырабатывается огромное количество энергии, выходящей на поверхность, и, в результате, достигающей Земли.

Диаграмма внутреннего строения Солнца. От ядра до фотосферы температура постепенно снижается, однако, ближе к короне вновь увеличивается. Wikipedia.

Радиус ядра — около 150-175 тысяч километров. Только в ядре вырабатывается энергия и тепло от термоядерной реакции, остальная часть звезды нагревается именно им.

Зона лучистого переноса.

В этой зоне перенос энергии происходит в основном путём излучения или поглощения фотонов. При этом направление этих частиц не зависит от того, какие фотоны поглощались плазмой, поэтому они могут как проникать в следующий слой плазмы, так и перемещаться на нижние слои. Перепад температур в этой зоне Солнца может быть от 2 до 7 миллионов градусов по Цельсию.

Конвективная зона Солнца.

Чем ближе к поверхности Солнца, тем меньше температуры и плотности хватает для полного переноса энергии через переизлучение. Плазма перемешивается, и энергия переносится за счёт движений самого вещества. Такой способ передачи энергии называется конвекцией.

Эта зона длится 200 тысяч километров. Температура в конвективной зоне опускается уже ниже 2 миллионов градусов по Цельсию. Скорость потоков плазмы здесь около 1-2 км/с, но может доходить и до 6 км/с.

Фотосфера.

Фотосфера — видимая поверхность Солнца. Толщина этого слоя, по разным оценкам, достигает от 100 до 400 км. Именно отсюда исходит видимое излучение, излучение же из ядра до нас не доходит. Ближе к краю фотосферы температура уменьшается с 6600 до 4400 градусов по Цельсию. Именно по фотосфере определяют размеры светила и расстояние до него.

Температура солнечного пятна обычно на 1500 градусов по Цельсию ниже, чем во всей фотосфере. Wikipedia.

Хромосфера.

Хромосфера — внешняя оболочка Солнца. Её толщина составляет около 2000 км. Верхняя граница фотосферы не имеет чётких границ, поэтому из неё постоянно происходят горячие выбросы — спикулы. Другими словами, спикулы — тонкие столбики плазмы. Одновременно может наблюдаться около 60-70 тысяч этих явлений.

С увеличением высоты, увеличивается и температура хромосферы Солнца: от 4000 до 20000 градусов по Цельсию. Плотность внешней оболочки звезды слишком мала, чтобы наблюдать её в обычных условиях. Но при затмении она становится видимой и светится красным цветом.

Корона.

Последняя внешняя оболочка Солнца — корона. В основном она состоит из протуберанцев и энергетических извержений. Протуберанцы — плотные конденсации вещества, холодного относительно Солнца — всего 15-25 тысяч градусов по Цельсию.

Средняя температура самой короны Солнца — 1-2 миллиона градусов по Цельсию. В некоторых участках температура может доходить до 8-20 миллионов градусов. До сих пор точно не понятно, почему внешний слой намного горячее, чем предыдущий.

Солнечная корона и протуберанцы, которые видны при Солнечном затмении. Температура короны может доходить до 20 миллионов градусов по Цельсию. Wikipedia.

Важность солнечного света и тепла для Земли.

Солнечная энергия очень важна для нашей планеты. Например, она помогает растениям вырабатывать питательные элементы в процессе фотосинтеза. Таким образом формируется пища для животных, так что без Солнца жизнь на Земле не существовала бы.

Солнечный свет позволяет нам видеть, он нагревает воду, способствует образованию угля и нефтепродуктов. Солнце позволяет человеческому организму восполнять нехватку витамина D.

По материалам: https://www.techinsider.ru/sci...

P.S. В.К. Вот такой, чисто детсадовский, ликбез по предполагаемой структуре Солнца. Однако он по-прежнему никак не объясняет, почему же температура короны несравненно выше фотосферы.

А теперь давайте посмотрим на другой материал по пролёту зонда "Паркер" сквозь выброс солнечной плазм. Правда, он предоставлен в чёрно-белом варианте, но это, на мой взгляд, не помешает увидеть некоторые вещи.

Видео: пролёт зонда «Паркер» сквозь мощнейший выброс солнечной плазмы.

Солнечный зонд NASA «Паркер» (Parker) в сентябре прошлого года пролетел сквозь корональный выброс массы из внешней атмосферы нашей звезды и собрал данные о взаимодействии солнечной плазмы с межпланетной пылью. 

Зонд «Паркер» пролетает сквозь корональный выброс массы / © Johns Hopkins Applied Physics Laboratory.

Корональные выбросы массы (КВМ, CME, coronal mass ejection) — большие взрывы сверхгорячей плазмы, вырывающиеся из атмосферы Солнца (солнечной короны). Они состоят из заряженных частиц, которые могут вызвать отключения радиосвязи и другие нарушения, если достигнут Земли.

Камера Wide Field Imagery for Solar Probe (WISPR) наблюдает, как зонд пролетает сквозь корональный выброс массы 5 сентября 2022 года / © NASA / Johns Hopkins APL / Naval Research Lab.

В NASA отметили, что КВМ, сквозь который пролетел «Паркер», был одним из самых мощных корональных выбросов массы, когда-либо зарегистрированных.

На основании данных аппарата исследователи установили, что в результате выброса была «сдута» межпланетная пыль на расстоянии 9,66 миллиона километров от светила. На непродолжительный промежуток времени это пространство оставалось пустым, но затем пыль снова наполнила его.

По материалам: https://naked-science.ru/commu...

В.К. К сожалению, внимание обращено лишь на то, что этот корональный выброс сдул пыль, но не на сам выброс и его энергетические характеристики, если, конечно, NASA, как всегда что-то не скрывает.

В предыдущем же материале речь шла о том, что зонд "IRIS", в силу измерения малых интервалов, по всей видимости, времени, обнаружил множество каких-то нановспышек, модный сейчас бренд "нано", с пересекающимися магнитными полями. Так, что же это за такие нановспышки?

Здесь, пожалуй, следует сказать о том, что на сегодняшний день не существует точных знаний о внутренней структуре Солнца, поскольку заявления о сжатии атомов водорода и, в результате этого, синтезе гелия, ни о чём не говорят.

Да, внутренняя структура Солнца определена сильным гравитационным сжатием солнечной плазмы, но до состояния нейтронной субстанции, поскольку нейтроны, как элементарные частицы, несжимаемы, являясь базовыми кирпичиками материи. Сжатие же этих частиц до состояния зарядовой неопределённости возможно только в чёрных дырах, при формировании которых и возможен сброс всех зарядов.

Таким образом, поскольку сброса зарядов не происходит даже в области якобы чёрной дыры, обусловленной массой Солнца, энергия сжатия вещества Солнца до этого состояния повышает внутреннюю температуру солнечного вещества, что и обуславливает конвенционные потоки, заканчивающиеся выбросами горячей плазмы с поверхности Солнца и формирующие перекрещивающиеся магнитные поля, создающие условия для термоядерного синтеза, но уже в области солнечной короны, которые и повышают её температуру, что и зарегистрировал зонд "IRIS", а зонд "Паркер" подтвердил.