Дослідники досягли прориву в сонячній фізиці, надавши перші прямі докази існування дрібномасштабних хвиль Альфвена в короні Сонця — невловимих магнітних хвиль, які вчені шукають з 1940-х років.
Відкриття (його результати оприлюднені в журналі Nature Astronomy) було зроблене за допомогою безпрецедентних спостережень найпотужнішого у світі сонячного телескопа — сонячного телескопа імені Даніеля К. Іноуе Національного наукового фонду США (National Science Foundation, NSF) на Гаваях.
Ці результати можуть нарешті пояснити одну з найбільших загадок Сонця — як температура його зовнішньої атмосфери, корони, досягає мільйона градусів, тоді як температура поверхні (фотосфери) становить лише близько 5500°C.
Хвилі Альфвена, названі на честь лауреата Нобелівської премії Ганнеса Альфвена, який передбачив їхнє існування в 1942 році, — це магнітні збурення, які можуть переносити енергію крізь плазму.
Науковці раніше вже помічали більші, ізольовані прояви цих хвиль, які зазвичай пов՚язані із спалахами на Сонці. Однак це перший випадок прямих спостережень малих скручувань, що існують постійно і можуть нагрівати корону Сонця.
Дослідження очолював науковий співробітник UKRI [UK Research and Innovation] Future Leader, професор Річард Мортон (Richard Morton), професор Школи інженерії, фізики та математики Нортумбрійського університету. Він сказав: «Це відкриття завершує тривалі пошуки цих хвиль, які сягають свого початку в 1940-х роках. Ми нарешті змогли прямо спостерігати ці крутильні (торсійні) рухи, що скручують лінії магнітного поля вперед і назад у короні».
Огляд спостережень та результатів дослідження. За годинниковою стрілкою зліва направо на панелях показано сонячну корону, яку науковці спостерігали в екстремальному ультрафіолетовому діапазоні за допомогою приладу для візуалізації атмосфери (Atmospheric Imaging Assembly), встановленому на олавку Обсерваторії сонячної динаміки NASA. Ці зображення подано для зв’язку з даними, отриманими за допомогою спектрополяриметра Cryo-NIRSP — поле зору телескопа Іноуе обведене колом, а червона пунктирна лінія показує положення щілини спектрографа. Верхня права панель показує, як дані Cryo-NIRSP змінюються з часом. Авторські права на зображення: Мортон та ін. (2025). Фото з сайту https://phys.org.
Прорив став можливим завдяки унікальним можливостям Кріогенного спектрополяриметра ближнього інфрачервоного випромінювання (Cryogenic Near Infrared Spectropolarimeter, Cryo-NIRSP) сонячного телескопа Даніеля К. Іноуе, найсучаснішого коронального інструмента такого типу. Цей передовий спектрометр може реєструвати неймовірно дрібні деталі в короні та є дуже чутливим до змін у русі плазми.
Зі своїм чотириметровим дзеркалом — вчетверо більшим, ніж у попередніх сонячних телескопів — сонячний телескоп Даніеля К. Іноуе, побудований Національною сонячною обсерваторією NSF, уособлює два десятиліття міжнародного планування та розвитку.
Нортумбрійський університет відіграв вирішальну роль у його створенні як частина британського консорціуму, що розробив камери Visible Broadband Imager (приймач для отримання зображень з максимально можливою просторовою та часовою роздільною здатністю, доступною для сонячного телескопа Даніеля К. Іноуе, на низці заданих довжин хвиль у діапазоні від 390 нм до 860 нм — Ред.) для телескопа. Професор Мортон виграв час для спостережень на етапі тестування телескопа і використав Visible Broadband Imager для відстеження в короні руху заліза, нагрітого до 1,6 мільйона градусів Цельсія.
Вдосконалений корональний спектрополяриметр Cryo-NIRSP (праворуч) телескопа Іноуе, який використовують для відстеження крутильних рухів плазми в короні Сонця. Авторські права на зображення: NSF/NSO/AURA. Фото з сайту https://phys.org.
Головний прорив стався завдяки розробці професором Мортоном абсолютно нових аналітичних методів для розділення в спостережних даних різних типів хвильового руху. Він пояснив: «Рух плазми в сонячній короні переважно характеризується коливальними рухами. Вони маскують торсійні рухи, тому мені довелося розробити спосіб усунення коливань, щоб знайти скручування».
Тоді як більш знайомі петлеві хвилі («kink» waves) змушують цілі магнітні структури коливатися вперед і назад і їх видно на знімках Сонця, нещодавно виявлені торсійні хвилі Альфвена спричиняють крутильний рух. Його можна виявити лише за допомогою спектроскопічного аналізу — вимірювання того, як плазма рухається до Землі та від неї, створюючи характерні червоні та сині зміщення на протилежних сторонах магнітних структур.
Це відкриття має глибоке значення для розуміння того, як працює Сонце. Корона, зовніша атмосфера Сонця, видима під час сонячних затемнень, нагрівається до температур, що перевищують один мільйон градусів Цельсія. Цього достатньо, щоб пришвидшити плазму від Сонця у вигляді сонячного вітру, який заповнює всю Сонячну систему.
Зовнішній вигляд сонячного телескопа Даніеля К. Іноуе Національного наукового фонду США на Гаваях. Авторські права на зображення: NSF/NSO/AURA. Фото з сайту https://phys.org.
Це дослідження є результатом масштабної міжнародної співпраці, співавторами якої є Пекінський університет у Китаї, Левенський університет Квін-Сіті у Бельгії, Лондонський університет королеви Марії, Китайська академія наук та Національна сонячна обсерваторія NSF на Гаваях та в Колорадо.
Розуміння цих фундаментальних процесів має практичне значення для прогнозування космічної погоди. Сонячний вітер несе магнітні збурення, які можуть порушувати супутниковий зв՚язок, системи GPS та енергетичні мережі на Землі. Альфвенівські хвилі також можуть бути джерелом «магнітних перемикачів» — значних носіїв енергії в сонячному вітрі, які науковці спостерігали за допомогою сонячного зонда NASA Parker.
«Це дослідження забезпечує суттєве підтвердження низки теоретичних моделей, що описують, як турбулентність альфвенівських хвиль живить сонячну атмосферу», — додав професор Мортон. «Прямі спостереження нарешті дають нам змогу перевірити ці моделі на практиці».
Наукова група очікує, що це відкриття спонукатиме до подальших досліджень того, як ці хвилі поширюються та розсіюють енергію в короні. Здатність приладу Cryo-NIRSP сонячного телескопа Даніеля К. Іноуе забезпечувати високоякісні спектри відкриває нові можливості для вивчення фізики хвиль в сонячній атмосфері.
За інф. з сайту https://phys.org
