Солнечная корона: строение и нагрев¶

Солнечная корона — внешний слой атмосферы Солнца, расположенный над хромосферой и переходной областью. Она наблюдается невооружённым глазом лишь во время полных солнечных затмений либо с помощью коронографов и космических телескопов, работающих в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Характерная особенность короны — крайне высокая температура плазмы, достигающая 1–3 млн кельвинов, что на два-три порядка превышает температуру видимой поверхности Солнца (фотосферы, около 5800 К). Именно эта аномалия — нагрев внешних слоёв при остывании внутренних — составляет одну из центральных нерешённых проблем физики Солнца.

¶Строение

Корона неоднородна и состоит из нескольких структурных элементов:

• Коронные лучи — вытянутые образования, форма которых зависит от фазы солнечного цикла: в минимуме активности они ориентированы вдоль экватора, в максимуме распределены более равномерно.
• Коронные дыры — области пониженной плотности и температуры с открытыми линиями магнитного поля; отсюда исходит быстрый солнечный ветер.
• Активные области — зоны над группами солнечных пятен с замкнутыми магнитными структурами, часто связанные с вспышками и выбросами.
• Петли (loop) — арочные структуры, очерчивающие силовые линии магнитного поля, заполненные горячей плазмой.

Плотность короны чрезвычайно мала — порядка 10⁸–10⁹ частиц на кубический метр у основания, что на много порядков меньше плотности фотосферы. Тем не менее из-за высокой температуры корона является мощным источником излучения в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах.

¶Механизмы нагрева

Проблема нагрева короны формулируется так: если тепло поступает из недр Солнца, температура должна монотонно падать с высотой, однако в короне она резко возрастает. Предложено два основных класса механизмов, оба связаны с магнитным полем.

¶Волновой нагрев

Движения плазмы в фотосфере возбуждают магнитогидродинамические (МГД) волны, которые распространяются вверх и диссипируют (рассеивают энергию) в короне. Кандидаты — альвеновские волны и магнитоакустические колебания. Наблюдения космических аппаратов подтвердили существование таких волн, но оценок их энергии часто недостаточно для объяснения полного нагрева.

¶Магнитное пересоединение (микровспышки)

Второй механизм — диссипация энергии в токовых слоях при пересоединении магнитных линий. Множество мелких импульсных событий («нановспышек»), каждое из которых маломощно, в сумме могут обеспечивать нагрев. Эта гипотеза, предложенная ещё в 1980-х годах, активно проверяется по данным рентгеновских телескопов.

Современная точка зрения: вероятно, действуют оба механизма, а их вклад зависит от конкретной области короны.

¶Наблюдения и исследования

Ключевые инструменты изучения короны:

Данные этих миссий уточнили структуру короны, но окончательного ответа на вопрос о механизме нагрева пока нет.

¶Значение

Корона определяет свойства солнечного ветра, влияющего на магнитосферу Земли и вызывающего геомагнитные бури. Понимание её нагрева важно для прогноза космической погоды, влияющей на спутники, радиосвязь и энергосистемы. Кроме того, корональные явления — прототип для изучения нагрева атмосфер звёзд других спектральных классов.