to pytanie uderza w jeden z najbardziej aktywnych obszarów obecnych badań astronomicznych. Nic dziwnego, że kilku naukowców napisało, aby udzielić odpowiedzi.
David VanBlerkom, profesor astronomii na University of Massachusetts atAmherst, zapewnia miły przegląd, koncentrując się na drugiej części zapytania:
„fakt, że najbardziej wysunięty region atmosfery słońca znajduje się w milionach stopni, podczas gdy temperatura fotosfery jest tylko 6000 kelwinów (stopni C. powyżej zera bezwzględnego) jest dość intuicyjny., Można by się spodziewać stopniowego ochłodzenia w miarę oddalania się od centralnego źródła ciepła. Związane z tym pytanie brzmi: dlaczego, jeśli korona jest tak gorąca, nie nagrzewa fotosfery, dopóki nie ma równie wysokiej temperatury.
„odpowiem na te pytania w odwrotnej kolejności. Najpierw zapytajmy, co to oznacza, że gaz ma wysoką temperaturę. Odpowiedź jest taka, że temperatura jest miarą średniej energii kinetycznej atomów gazu, czyli miarą szybkości ich ruchu. Gaz wysokotemperaturowy ma Atomy o większej przeciętności niż gaz niskotemperaturowy o tym samym składzie., Wnioskujemy więc, że atomy w koronie poruszają się znacznie szybciej niż te w fotosferze.
” aby Korona powodowała wzrost temperatury fotosfery, Gaz Koron musi powodować szybsze poruszanie się atomów fotosfery. Może to zrobić poprzez kolizję i mieszanie z chłodniejszym gazem, a tym samym przenoszenie części jego kinetycznej energii. Możliwy jest również inny sposób: w temperaturze milionów stopni gaz w koronie jest silnie zjonizowany, to znaczy elektrony są pozbawione atomów pozaeutralnych i poruszają się swobodnie., Ponieważ elektrony są tysiące razy mniejmassive niż Atomy, gorące elektrony mają bardzo wysokie prędkości. Elektrony te mogą przenikać do gazu fotosferycznego i zderzać się z tamtejszymi atomami, ponownie zwiększając ich prędkości. Te dwa mechanizmy ogrzewania nazywane są odpowiednio konwekcją i przewodzeniem.
„gaz w milionach stopni wypromieniowuje również energię; znaczna jej część jest emitowana w postaci bardzo wysokoenergetycznych fotonów rentgenowskich. Fotony rentgenowskie uderzające w fotosferę mogą również przenosić energię do atomów gazu. Ten mechanizm grzewczy to promieniowanie.,
„jednak trzy tradycyjne metody ogrzewania nie podnoszą fotosferycznej temperatury z prostego powodu. Załóżmy, że jako eksperyment myślowy, ktoś miał atermometr, który mógł mierzyć temperatury milionów stopni i umieszczał go w koronie. Aby dokonać pomiaru temperatury, Atomy koronalne lub elektrony muszą uderzać w termometr, lub fotony rentgenowskie muszą uderzać w niego. Thecorona ma jednak tak niską gęstość, że termometr prawie nigdy się nie zatrzyma. Więc podczas gdy termometr technicznie siedzi w gazie o wartości 2 000 000 kelwinów, nie wie o tym., Gaz ma wysoką temperaturę, ale niską zawartość ciepła. Po prostu nie ma wystarczającej ilości atomów, aby podgrzać nasz hipotetyczny termometr lub leżącą u niego fotosferę.
„pytanie, dlaczego Korona ma tak wysoką temperaturę, jest trudniejsze do wyjaśnienia, a prawdopodobnie ostatnie słowo na temat mechanizmu fizycznego nie zostało jeszcze omówione. Większość astronomów zakłada, że gaz jest ogrzewany przez pole magnetyczne, które przepuszcza koronę. Od dawna wiadomo, że słoneczne pole magnetyczne powoduje cykl plam słonecznych, a fizyczny kształt i aktywność w koronie również zmienia się w zależności od cyklu plam słonecznych., Wiadomo, że pola magnetyczne są w stanie przenosić duże ilości energii do atmosfery słonecznej, czasami wybuchowo, jak w rozbłyskach. Można zauważyć, że pętle magnetyczne wznoszą się daleko w koronę i jest całkiem prawdopodobne, że słoneczne pole magnetyczne jest ostatecznym źródłem fizycznego ogrzewania korony.”
Vic Pizzo Z Space EnvironmentCenter w Boulder, Colo.,, przypomina, jak tajemniczy jest ten proces:
„precyzyjny mechanizm, za pomocą którego Korona pokrywająca powierzchnię Słońca osiąga temperaturę od jednego do dwóch milionów kelwinów, pozostaje jednym z podstawowych problemów fizyki słońca. Od dawna sądzono, że turbulentne zjawiska w niższej atmosferze słonecznej są propagowane na zewnątrz jako fale w jakiejś formie, które ostatecznie wstrząsają cienką atmosferą nad powierzchnią (fotosferą). Wstrząsy rozpraszają w ten sposób energię mechaniczną w falach., Kiedy linie pola magnetycznego łączą się ponownie, uwalniają energię; niektórzy badacze podejrzewają, że drobnoskalowe połączenia magnetyczne nad powierzchnią słońca dostarczają energii do podgrzewania korony.
„niezależnie od przyczyny, niektóre ciepło rzeczywiście wycieka z powrotem do powierzchni słonecznej,ale całkowita ilość transportowanej energii jest naprawdę dość mała i nie może znacznie obniżyć temperatury fotosferycznej. Powodem tego jest niezwykle szybki spadek gęstości masy z wysokością nad powierzchnią słońca.Oznacza to, że chociaż materiał w koronie jest bardzo gorący, jest również bardzo przydatny., W ten sposób energia transportowana z powrotem na powierzchnię jest rozpraszana do coraz większej masy materiału, podczas gdy ciepło transportowane na zewnątrz jest łatwo rozpraszane do próżni w przestrzeni. „
Leo Connolly, przewodniczący wydziału fizyki w California StateUniversity, San Bernardino, dodaje następujące informacje:
” masz rację, że korona jest znacznie gorętsza niż fotosfera słońca. Fotosfera jest zewnętrzną warstwą słońca, która wytwarza Widzialne światło, które otrzymujemy., Korona jest dużą, cienką warstwą gazu, która jest regulowana przez pole magnetyczne słońca. Gaz w koronie ucieka od słońca, tworząc wiatr słoneczny.
„co przyspiesza Atomy gazu do wysokiej prędkości i temperatury w koronie? Jest prawdopodobne, że słoneczne pole magnetyczne dostarcza niezbędnej energii, ale mechanizm jest słabo poznany. W fotosferze temperatura wynosi 6000 kelwinów., Obszar zainteresowania znajduje się powyżej górnej części fotosfery, gdzie temperatura faktycznie spada (do około 4500 kelwinów na poziomie 500kilometrów powyżej fotosfery). Na 1500 km temperatura zaczyna się zmieniać, a o 10 000 KM powyżej fotosfery temperatura osiąga jeden miliard kelwinów. Między 1500 km od szczytu fotosfery a 10 000 km znajduje się region zwany „strefą przejściową”, w którym przyspiesza się ruch., Korona zaczyna się od 10 000 kilometrów i rozciąga się do około 10 milionów kilometrów, gdzie gaz w końcu ucieka grawitacji słońca i staje się częścią wiatru słonecznego.
„wiemy, że atomy, pozbawione jednego lub więcej elektronów, są uwięzione przez pola magnetyczne i poruszają się po liniach pola. Nie wiadomo jednak, co powoduje, że atomy te ulegają rozpadowi, wytwarzając wysokie temperatury korony.Wiemy tylko, że na pewno występuje w strefie przejściowej.”
Last but not least, JayM. Pasachoff, przewodniczący Wydziału Astronomii w Williams College w Williamstown, Mass.,, oferuje perspektywę na niektóre z obecnych prób (w tym jego własne) rozwiązania zagadki korony słonecznej:
„jedną z ładnych rzeczy w astronomii jest to, że pytania, które są prostopadłe, często okazują się Głębokie. Sposób, w jaki Korona słoneczna dochodzi do milionów stopni Celsjusza, jest jednym z ważnych nierozwiązanych problemów astrofizyki. Przeprowadziłem eksperymenty podczas serii total solareclips, aby odpowiedzieć na to pytanie, a ostatnio przeprowadzono wiele prac teoretycznych w tej dziedzinie., Problem ten został szeroko omówiony na zaawansowanym warsztacie badawczym NATO poświęconym problemom obserwacyjnym i teoretycznym związanym z zaćmieniami Słońca,który odbył się w Bukareszcie w Rumunii w pierwszym tygodniu czerwca 1996 r.; materiały warsztatów będą dostępne za rok lub dwa.
„zasadniczo nie można wyjaśnić nagrzewania korony przez promień promieniowy, więc uważamy, że korona jest ogrzewana przez jakiś rodzaj fali magnetohydrodynamicznej (MHD)wypływającej z niższych poziomów słońca., Obrazy Słońca w farultraviolecie oraz w promieniach rentgenowskich (pozyskane ostatnio przez Obserwator słoneczny i Heliosferyczny, satelitę Yohkoh i rakiety NIXT) pokazują, żeogrzewanie korony jest zlokalizowane w regionach aktywnych słonecznie, co wskazuje na istotną rolę odgrywaną przez pole magnetyczne. Istnieje być może kilkadziesiąt specyficznych modeli, które zostały zaproponowane w celu uwzględnienia wysokiej temperatury korony. Modele te obejmują fale MHD w trybie szybkim, fale MHD w trybie wolnym, fale Alfrenwaves itp., Starszą ideę, że fale akustyczne wypływające z niższych poziomówpływają na koronę, porzucono w latach 70., kiedy orbitujące Obserwatorium Słoneczne8 nie widziało takich fal w chromosferze, w warstwie tuż nad fotosferą (pozorna „powierzchnia” Słońca w świetle widzialnym). Pozostaje jednak możliwe, że niektóre fale akustyczne mogą powstawać na wyższych poziomach.,
„Moja praca na temat problemu ogrzewania koronalnego jest podsumowana w moim rozdziale' pomiary oscylacji koronalnych 1-Hz przy całkowitym zaćmieniu i ich wpływ na ogrzewanie koronalne ' w mechanizmach Chromospheric and CoronalHeating (Proceedings of the Heidelberg Conference), pod redakcją P. Ulmschneidera, E. R. Priesta i R. Rosnera (Springer-Verlag, 1991). Książka zawiera także wiele innych prac teoretycznych i obserwacyjnych.