Температура видимой поверхности Солнца – фотосферы – составляет около 6000 °C, однако в нескольких тысячах километрах над ней верхние слои звёздной атмосферы разогреваются в сотни тысяч раз сильнее, достигая температуры свыше миллиона градусов. Спустя десятки лет исследования звезды учёные наконец нашли объяснение этому невероятному скачку температуры – решением оказались так называемые альвеновские волны.
Проблема нагрева солнечной короны сформировалась в конце 1930-х годов, когда немецкий астрофизик Вальтер Гротриан и шведский спектроскопист Бенгт Эдлен впервые зафиксировали в короне Солнца феномен, возможный только при температуре свыше миллиона градусов. Подобный скачок нагрева атмосферы звезды в значительном удалении от её источника энергии озадачил учёных на многие годы. В 1942 году шведский физик Ханнес Альвен выдвинул собственную теорию, которая могла бы объяснить подобные изменения температуры. По мнению учёного, магнитные волны плазмы, исходящие из ядра Солнца, могут путешествовать вдоль силовых линий магнитного поля звезды, вынося гигантские объёмы энергии за пределы фотосферы и разогревая верхние слои звёздной атмосферы. Тогда международное общество с энтузиазмом приняло теорию Альвена. Более того, в 1970 году Ханнес получил Нобелевскую премию по физике за работу в сфере магнитогидродинамики. Однако до недавних пор его теория оставалась лишь правдоподобным предположением, для доказательства которого требовалось эмпирическое наблюдение феномена.
В поисках объяснений нагрева солнечной короны исследователи обратились к имеющимся представлениям о свойствах различных структур звезды. Солнце практически полностью состоит из плазмы – ионизированного газа, несущего электрический заряд. Движение плазмы в конвективной зоне – верхних слоях внутренней структуры Солнца, в которых происходит перенос энергии во внешние слои путём интенсивного перемешивания вещества – приводит к образованию мощных магнитных полей. Области их выхода в фотосферу проявляются в виде солнечных пятен – тёмных зон с пониженной температурой. Именно здесь в игру вступает теория Альвена. Учёный предположил, что в магнетизированной плазме Солнца мощные движения заряженных частиц спровоцируют помехи в магнитных полях, образуя медленные низкочастотные волны плазмы, способные нести огромное количество энергии на значительные расстояния – от поверхности звезды к внешним слоям её атмосферы.
На поверхности и в атмосфере Солнца беспрерывно происходят мириады невероятных феноменов: некоторые из них превышают по размеру Землю, а другие слишком малы для разрешающей способности современных исследовательских инструментов. Среди разнообразия удивительных явлений учёным никак не удавалось напрямую запечатлеть появления альвеновских волн, по крайней мере, до недавнего времени. Введение в эксплуатацию более совершенного оборудования наконец предоставило исследователям эту возможность. В частности, задокументировать магнитные волны плазмы позволил интерферометрический двумерный спектрополяриметр (IBIS), установленный в солнечном телескопе имени Ричарда Данна в Санспотской обсерватории, штат Нью-Мексико. В сочетании с благоприятными условиями наблюдения, продвинутыми компьютерными симуляциями и упорной работой международной команды учёных из семи научно-исследовательских учреждений IBIS наконец позволил подтвердить существование альвеновских волн.
По мнению учёных, расширение нашего понимания природы Солнца доказывает, что имитация ядерного синтеза чрезвычайно сложна, но всё же возможна. Чтобы приблизить науку к реализации этой затеи, исследователи намерены продолжать изучение звезды с применением всё более совершенных инструментов. К слову, на гелиоцентрическую орбиту уже вышел новый космический аппарат ESA Solar Orbiter, предназначенный для исследования полярных областей Солнца, недоступных наземным обсерваториям. Кроме того, компанию ему составят несколько высокопроизводительных наземных солнечных телескопов.
