Найдено недостающее звено в энергетике звезды: альвеновские волны подтвердили свою реальность

Почему внешняя оболочка Солнца — корона — в сотни раз горячее его поверхности? Этот вопрос десятилетиями оставался одной из главных тайн астрофизики. Теперь европейским учёным удалось найти ключ к разгадке.

Благодаря наблюдениям с наземного телескопа DKIST (Daniel K. Inouye Solar Telescope), расположенного на Гавайях, получены первые прямые доказательства существования альвеновских волн - особых магнитных колебаний, которые, как показали новые данные, нагревают солнечную атмосферу и подпитывают солнечный ветер. Об открытии сообщила пресс-служба Университета Нортумбрии (Великобритания).

Как колебания объяснили жар Солнца

Астрономы отмечают, что разница температур между поверхностью и атмосферой Солнца по-прежнему поражает воображение. Фотосфера, видимая поверхность звезды, разогрета примерно до 5800 К, тогда как температура в короне превышает миллион Кельвинов. Ни один из известных термодинамических процессов не объяснял, как энергия от более холодной области может поступать в горячую.

"Эти закручивающиеся волны заставляют линии магнитного поля просачиваться в корону и уходить за её пределы", — пояснили в пресс-службе Университета Нортумбрии.

Альвеновские волны — это низкочастотные электромагнитные колебания, возникающие из-за взаимодействия заряженных частиц солнечной плазмы с магнитным полем звезды. Впервые их существование предсказал шведский физик Ханнес Альвен в 1942 году, за что позднее получил Нобелевскую премию. Согласно теории, именно эти волны переносят энергию от нижних слоёв атмосферы к верхним, нагревая их до экстремальных температур.

Почему доказать их существование оказалось так трудно? Долгое время телескопы не могли различить эти слабые колебания на фоне других магнитных явлений. Только DKIST, оснащённый мощным спектроскопом, позволил зафиксировать характерные "скручивания" магнитных линий в солнечной короне.

Прорыв через 80 лет поисков

Попытки найти прямые подтверждения альвеновских волн начались ещё в 1940-х годах. За это время физики накопили множество косвенных свидетельств, но все они оставались спорными. Только недавно комбинация высокого пространственного разрешения и новой методики анализа спектральных данных позволила увидеть эти волны напрямую.

Исследователи DKIST применили инновационный алгоритм, который разделяет сигналы, создаваемые различными типами колебаний, — акустическими, магнитными и комбинированными. В результате они смогли выделить именно альвеновские колебания и измерить их энергию.

"Мы наблюдаем, как эти волны движутся вдоль магнитных полей, словно энергия буквально прокачивается через солнечную атмосферу", — сообщили авторы исследования.

Полученные данные показали, что альвеновские волны переносят 100-400 Вт энергии на квадратный метр солнечной поверхности, чего вполне достаточно, чтобы поддерживать высокие температуры короны. Это открытие закрывает одно из главных "белых пятен" в солнечной физике и объясняет, почему солнечный ветер существует даже в периоды минимальной активности.

Магнитные волны как двигатель звезды

Современные модели показывают, что Солнце — это не статичная сфера плазмы, а динамическая система, где энергия постоянно перетекает между слоями. Альвеновские волны действуют как невидимые пружины, передающие импульсы от поверхности к короне. Эти колебания способны:

• нагревать плазму, вызывая локальные вспышки температуры;

• ускорять частицы, создавая устойчивые потоки солнечного ветра;

• влиять на формирование магнитных бурь, достигающих Земли.

Что произойдёт, если подобные волны исчезнут? Без них солнечная атмосфера остыла бы до десятков тысяч градусов, и звезда потеряла бы способность генерировать устойчивый поток частиц, от которого зависит магнитное окружение планет.

Это открытие не только объясняет природу солнечного жара, но и помогает понять, как звёзды аналогичного типа поддерживают термическое равновесие. Теперь астрономы планируют использовать DKIST и будущие миссии, чтобы отслеживать распространение альвеновских волн в разных слоях атмосферы Солнца и уточнить, как именно они взаимодействуют с другими формами энергии.

Скрытая энергия космоса

Факт существования альвеновских волн открывает новую страницу в изучении звёздной физики. Их роль в формировании космических процессов может оказаться фундаментальной. Исследователи предполагают, что аналогичные волны действуют и на других звёздах, влияя на их эволюцию и потери массы.

Можно ли использовать эти знания на Земле? Теоретически да: понимание механизмов переноса энергии в плазме поможет в разработке термоядерных реакторов, где схожие волны препятствуют потере тепла.

Пример Солнца показывает, что электромагнитные колебания способны стабилизировать и питать гигантские системы, не требуя материальных переносчиков. Это заставляет по-новому взглянуть на связь между магнитными полями, плазмой и энергией во Вселенной.

Ошибочное представление, что солнечное тепло исходит только из недр звезды, опровергнуто. Значительная часть энергии поднимается вверх через взаимодействие плазмы и магнитных волн — процесс, который теперь впервые зафиксирован наблюдениями.