Физики научились измерять магнитные поля во всей солнечной короне ( 2 фото )

Yang Zihao et al. / Science, 2020

Ученые предложили новый способ создания полных карт распределения магнитного поля в солнечной короне по данным наблюдающего за светилом поляриметра. Исследователи выстроили связь между показаниями этого прибора и параметрами плазменных процессов в солнечной короне. Из последних, в свою очередь, физикам удалось получить значения напряженности магнитных полей, которые оказались сопоставимы с реализованными ранее точечными измерениями и предсказаниями теоретических моделей. Статья опубликована в журнале Science.

Солнечная атмосфера формируется во многом именно магнитным полем в ней, ведь она полна плазмы — взвеси заряженных частиц, поведение которой напрямую зависит электромагнитных условий в точке ее нахождения. При этом каждый из окружающих Солнце слоев очень тесно связан со своими соседями, поэтому для понимания физики происходящих там процессов ученым необходимо иметь представление о значениях магнитного поля во всей атмосфере светила. Однако до сих пор у исследователей не было способа регулярно и с хорошей достоверностью измерять магнитное поле в солнечной короне — внешней и самой протяженной части атмосферы звезды.

Для измерений магнитного поля на поверхности Солнца обычно используется эффект Зеемана — явление расщепления спектральных линий атома во внешнем магнитном поле. Но для короны такой способ не подходит, так как средние поля в ней существенно меньше тех, что можно зарегистрировать на поверхности светила. Если быть точнее, то такие измерения возможно провести только для маленьких участков солнечной короны, в которых по какой-то причине произошло резкое увеличение магнитного поля, однако для мониторинга состояния всей короны он неприменим. На проблему малости величины магнитного поля короны наталкивались и попытки измерить ее с помощью измерений в радиодиапазоне, наблюдений за осциллирующими структурами в короне, и даже исследований в этих целях солнечных пульсаций.

Цзыхао Ян (Zihao Yang) из Пекинского университета и его коллеги нашли способ за один-два часа провести измерения для составления полной карты магнитного поля солнечной короны. Это стало возможным благодаря новому методу анализа данных, которые ученые получали с помощью наблюдающего за солнечной короной мультифункционального поляриметра. При этом один пиксель используемого авторами прибора соответствовал участку солнечной короны 7000 на 7000 километров, что для подобных измерений считается достаточно высоким разрешением. Из интенсивности запрещенных спектральных линий железа длиной 1074,7 и 1079,8 нанометров исследователи получали значение электронной плотности. Из показателей скорости доплеровского смещения этих линий, в свою очередь, физики узнавали о величине фазовой скорости бегущих по короне альвеновских волн — поперечных возмущений, возникающих в плазме и распространяющихся вдоль силовых линий магнитного поля. Напряженность магнитного поля ученые вычисляли по этим двум значениям, полученным из наблюдений поляриметра.


Полученные значения напряженности магнитного поля солнечной короны (A) и его погрешности (B)

Yang Zihao et al. / Science, 2020

В результате исследователям удалось получить полные карты магнитного поля солнечной короны 14 октября 2016 года (данные наблюдений именно в этот день авторы использовали в своих расчетах). Сама напряженность магнитного поля оказалась ограничена в промежутке между 1 и 4 гауссами, а погрешности его измерения не превышали 15 процентов. Экстраполируя свои результаты на трехмерное пространство и сравнивая их с существующими моделями физики пришли к выводу, что их результаты в пределах погрешности совпадают с теоретическими предсказаниями при усреднении по большим расстояниям, но могут расходиться на более крупном масштабе. По мнению физиков это может объясняться неидеальностью метода экстраполяции, но все равно акцентируют внимание на этом отличии и возможной необходимости пересмотреть используемые ранее моделей.

Солнечную корону изучают и с помощью зондов: недавно первые снимки прислала станция Solar Orbiter. Интересные данные есть и в сравнении магнитной активности Солнца с другими похожими звездами.

Никита Козырев