Тайны Солнца: как ловушки в космосе предсказывают магнитные бури

Ученые подсчитали, что за 10 лет на Солнце происходит больше 30 тысяч вспышек и свыше 600 магнитных бурь. Но что запускает эти процессы? И почему корона, окружающая Солнце, почти в 200 раз горячее его поверхности? У нашего светила много тайн. К разгадкам каких из них ученым удалось приблизиться? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Откуда на Солнце появился знак вопроса

У Солнца появился вопрос – это не метафора и не фотошоп. Год назад аргентинский астроном-любитель заснял гигантский полыхающий знак на поверхности звезды. Фото чуть не стало астрономической сенсацией, но разгадка тайны оказалась самой банальной.

"Это просто вспышки плазмы, на Солнце они происходят постоянно. Так что сгустки вещества на поверхности звезды постоянно меняют свой силуэт. А человек интерпретирует эти узоры, как ему заблагорассудится. Это все равно, что разглядеть в проплывающем облаке черепаху или слона", – объяснил член Американского геофизического союза и Международного союза радионауки Джозеф Хуба.

Выходит, что у Солнца к нам вопросов нет, а вот у людей к нему – масса. Ученые всего мира бьются над загадками самой близкой к нам звезды.

Зачем создали модель солнечного ветра

Солнечный ветер – это поток плазмы, который исходит от светила. Казалось бы, с ним все давно понятно: заряженные частицы преодолевают притяжение звезды и разлетаются во все стороны. Примерно через сутки они достигают Земли, и вот тут начинается странное.

Пролетев почти 150 миллионов километров на скорости больше миллиона километров в час, заряженные частицы должны были остыть до 20 градусов Цельсия. Но это в теории. На практике же температура поднимается выше 200. Выходит, Солнце нарушает законы астрофизики.

Объяснить загадочный феномен помог искусственный интеллект. С помощью двух суперкомпьютеров в Кембриджском и Лестерском университетах ученые создали модель солнечного ветра. Оказалось, плазма сама себя разогревает на пути к Земле.

"В турбулентных потоках солнечного ветра происходят мелкомасштабные перезамыкания силовых линий магнитного поля. То есть линии с разными зарядами притягиваются друг к другу и быстро перестраиваются. Это явление чем-то похоже на трение. В результате высвобождается огромное количество энергии, она ускоряет и нагревает ионы и электроны", – уточнил профессор теоретической физики Оксфордского университета Алекс Щекочихин.

Как предсказывают магнитные бури

Российские ученые решили исследовать солнечный ветер не при помощи суперкомпьютеров – они расставляют специальные ловушки прямо в космосе и измеряют плотность потока.

"Прибор привинчивается к спутнику на дальней орбите, космический аппарат вылетает на расстоянии примерно до Луны, и тогда он погружается внутрь солнечного ветра", – отметил доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией солнечной астрономии Института космических исследований РАН Сергей Богачев.

Данные об изменении плотности солнечного ветра помогут метеозависимым людям на Земле вовремя позаботиться о своем здоровье. Астрофизики совмещают результаты, полученные с ловушек, со скоростью ветра на Солнце и сообщают о приближении и мощности тех самых магнитных бурь.

Почему Солнце снаружи горячее, чем внутри

Но загадочное поведение солнечного ветра – далеко не последняя загадка, которую наша звезда подкинула ученым. Оказалось, что снаружи светило в 200 раз горячее, чем внутри. Это противоречит основным законам физики. Ведь, как известно, горячая каша холоднее у края тарелки. Значит, и Солнце должно быть горячее внутри, чем снаружи, но тут все наоборот.

Ответ на вопрос астрофизики искали больше 80 лет. В итоге к светилу запустили космический аппарат, который постоянно регистрировал ультрафиолетовое излучение. Международная группа исследователей изучила данные и поняла: на поверхности Солнца есть быстро движущиеся магнитные волны, они-то и разогревают края.

"Эти быстро колеблющиеся волны генерируют огромное количество энергии. По нашим расчетам, это может объяснить нагрев короны, то есть верхнего слоя поверхности Солнца. Раньше мы уже регистрировали магнитные волны, но они были слишком медленными, чтобы обеспечить такие температуры", – рассказал профессор астрономического факультета Калифорнийского университета в Беркли Элиот Кватерт.

Полярное сияние на Солнце

Другая загадка Солнца – полярное сияние. В ноябре 2023 года астрономы из Технологического института Нью-Джерси зафиксировали на нашей звезде таинственное излучение: оно буквально зависло над одним из солнечных пятен на целую неделю. На Земле сияние возникает, когда солнечный ветер достигает магнитного поля планеты и заряженные частицы спускаются в атмосферу. Оказалось, что на Солнце излучение тоже возникает там, где магнитные поля сильнее всего – а именно на темных пятнах.

"Радиоизлучение зафиксировали в самых холодных и сильно намагниченных областях. На высоте примерно 40 тысяч километров над Солнцем. Солнечные вспышки перекачивают энергичные электроны в петли магнитного поля на солнечном пятне. И когда это пятно пересекает солнечный диск, создается луч радиосвета", – говорит директор центра солнечно-земных исследований Технологического института Нью-Джерси Дейл Гэри.

Как стучит сердце Солнца

Сердце Солнца стучит, и ученые пытаются расшифровать его кардиограмму. Сердцебиение светила называют квазипериодической пульсацией, происходит она в момент вспышек на Солнце. Но почему это случается с одной и той же периодичностью? Ответить на этот вопрос помогло изучение солнечного выброса 2017 года. Тогда приборы смогли засечь не одну, а сразу две параллельных пульсации разной силы.

"Первый – сильный сигнал пульсации зафиксировали в основании наэлектризованного слоя. Там линии магнитного поля сближались, разъединялись и снова соединялись, таким образом происходил выброс энергии. А второй источник биения – это так называемые магнитные островки, которые периодически перемещались в область вспышки. Именно эти островки в виде пузырьков и заставляют звезду пульсировать с определенной периодичностью", – пояснил проректор Центра электротехники и вычислительной техники Технологического института Нью-Джерси Сотириос Зиаврас.

Где скрыта неуловимая темная материя

А вот главная тайна Солнца – это его ядро. Ученые предполагают, что в нем может быть сконцентрирована темная материя. Загадочная субстанция, из которой состоит большая часть массы космоса. Темную материю открыли еще в начале ХХ века, точнее, вычислили физики-теоретики. Сегодня ученые не сомневаются в ее существовании. Она влияет на гравитацию, движение звезд и формирование галактик.

Вот только все это исследователи поняли по косвенным признакам, уловить таинственное вещество им до сих пор не удавалось. Но в августе 2023 года астрофизики выступили с сенсационным заявлением: источник темной материи может быть совсем рядом.

"Наша звезда испускает нейтрино – эти нейтральные элементарные частицы могут составлять некую часть темной материи. Если теория верна, то время от времени Солнце будет излучать немного больше нейтрино, чем обычно, и их удастся поймать", – сказала научный сотрудник Колорадского университета Анджела Кольер.

Если ученым удастся доказать гипотезу и изучить неуловимую темную материю, это перевернет наши представления о Вселенной. А возможно, откроет дверь в новую реальность – пятое измерение. Ведь если разобраться, как работает темная материя, то можно понять, как путешествовать во времени.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.