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.
Почему атмосфера Солнца горячее его поверхности?
Соцсети

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Попробуйте решить эту маленькую частную проблемку, известную под названием Проблемы нагрева солнечной короны, одну из нерешенных проблем современной физики! Когда явление обнаружили, ученым 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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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 растет на огромной территории вокруг этой точки - и кажется, что температура короны более-менее постоянна.

Нажми и смотри

Но аппарат IRIS фиксировал изменения температуры короны с таким маленьким интервалом, что ученым 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, остается открытым, но теперь ясно, что по крайней мере часть энергии попадает в атмосферу Солнца из внутренних частей звезды в результате таких взрывов.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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

Из чего состоит Солнце и какая там температура

Солнце в основном состоит из плазмы и газа. Причем 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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Диаграмма внутреннего строения Солнца. От ядра до фотосферы температура постепенно снижается, однако, ближе к короне вновь увеличивается
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 путем 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 и перемещаться на нижние слои. Перепад температур в этой зоне Солнца может быть от 2 до 7 миллионов градусов по Цельсию.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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

Хромосфера

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

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

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