Почему атмосфера Солнца горячее его поверхности?

Попробуйте решить эту маленькую частную проблемку, известную под названием Проблемы нагрева солнечной короны, одну из нерешенных проблем современной физики! Когда явление обнаружили, ученым казалось, что солнечная корона нарушает второй закон термодинамики — ведь не может же энергия изнутри звезды переноситься в область короны, минуя поверхность.

До 2007 года существовало две основных теории, объясняющие разогрев солнечной короны. Одна гласила о том, что магнитные поля разгоняют плазму короны до невероятных энергий, благодаря чему она приобретает температуру выше температуры поверхности Солнца. Авторы второй теории склонялись к тому, что энергия прорывается в атмосферу изнутри звезды.

Исследования Барта Де Понтью (Bart De Pontieu) и его коллег доказали, что ударные волны, исходящие из недр звезды, обладают достаточной энергией для того, чтобы постоянно подпитывать корону энергией.

В 2013 году NASA запустило зонд IRIS, который непрерывно снимает границу между поверхностью Солнца и короной в разных диапазонах. Его целью был ответ на все тот же вопрос: есть ли у солнечной короны один постоянный источник тепла, или энергия попадает в атмосферу Солнца в результате множества взрывов? Разница между этими двумя объяснениями очень велика, но понять, какое из них верно, очень сложно из-за огромной теплопроводности короны. Как только в отдельной точке на Солнце происходит выброс энергии, температура почти мгновенно растет на огромной территории вокруг этой точки - и кажется, что температура короны более-менее постоянна.

Но аппарат IRIS фиксировал изменения температуры короны с таким маленьким интервалом, что ученым удалось увидеть множество «нановспышек» (nanoflares) где пересекались или накладывались магнитные линии. Вопрос о том, существует ли источник теплового излучения, который равномерно и постоянно нагревает корону, остается открытым, но теперь ясно, что по крайней мере часть энергии попадает в атмосферу Солнца из внутренних частей звезды в результате таких взрывов.

Позже наблюдения IRIS подтвердил аппарат EUNIS. Сейчас ученые почти уверены, что солнечная корона нагревается именно из-за множества маленьких взрывов, высвобождающих в атмосферу звезды раскаленную плазму, температура которой намного выше температуры поверхности Солнца.

Солнце в основном состоит из плазмы и газа. Причем 91% газа составляет водород. Именно на светило приходится 99,86% массы от всей Солнечной системы. Структура Солнца состоит из нескольких составляющих.

Гравитация внутри ядра приводит к образованию большой температуры и давления. Температура тут может достигать 15 миллионов градусов по Цельсию. Здесь же атомы водорода сжимаются, и соединяются для получения гелия. Этот процесс называется ядерным синтезом. В ядре вырабатывается огромное количество энергии, выходящей на поверхность, и, в результате, достигающей Земли.

Радиус ядра — около 150-175 тысяч километров. Только в ядре вырабатывается энергия и тепло от термоядерной реакции, остальная часть звезды нагревается именно им.

В этой зоне перенос энергии происходит в основном путем излучения или поглощения фотонов. При этом направление этих частиц не зависит от того, какие фотоны поглощались плазмой, поэтому они могут как проникать в следующий слой плазмы, так и и перемещаться на нижние слои. Перепад температур в этой зоне Солнца может быть от 2 до 7 миллионов градусов по Цельсию.

Чем ближе к поверхности Солнца, тем меньше температуры и плотности хватает для полного переноса энергии через переизлучение. Плазма перемешивается, и энергия переносится за счет движений самого вещества. Такой способ передачи энергии называется конвекцией.

Эта зона длится 200 тысяч километров. Температура в конвективной зоне опускается уже ниже 2 миллионов градусов по Цельсию. Скорость потоков плазмы здесь около 1-2 км/с, но может доходить и до 6 км/с.

Фотосфера — видимая поверхность Солнца. Толщина этого слоя, по разным оценкам, достигает от 100 до 400 км. Именно отсюда исходит видимое излучение, излучение же из ядра до нас не доходит. Ближе к краю фотосферы температура уменьшается с 6600 до 4400 градусов по Цельсию. Именно по фотосфере определяют размеры светила и расстояние до него.

Хромосфера — внешняя оболочка Солнца. Ее толщина составляет около 2000 км. Верхняя граница фотосферы не имеет четких границ, поэтому из нее постоянно происходят горячие выбросы — спикулы. Другими словами, спикулы — тонкие столбики плазмы. Одновременно может наблюдаться около 60-70 тысяч этих явлений.

С увеличением высоты, увеличивается и температура хромосферы Солнца: от 4000 до 20000 градусов по Цельсию. Плотность внешней оболочки звезды слишком мала, чтобы наблюдать ее в обычных условиях. Но при затмении она становится видимой и светится красным цветом.

Последняя внешняя оболочка Солнца — корона. В основном она состоит из протуберанцев и энергетических извержений. Протуберанцы — плотные конденсации вещества, холодного относительно Солнца — всего 15-25 тысяч градусов по Цельсию.

Средняя температура самой короны Солнца — 1-2 миллиона градусов по Цельсию. В некоторых участках температура может доходить до 8-20 миллионов градусов. До сих пор точно не понятно, почему внешний слой намного горячее, чем предыдущий.

Солнечная энергия очень важна для нашей планеты. Например, она помогает растениям вырабатывать питательные элементы в процессе фотосинтеза. Таким образом формируется пища для животных, так что без Солнца жизнь на Земле не существовала бы.

Солнечный свет позволяет нам видеть, он нагревает воду, способствует образованию угля и нефтепродуктов. Солнце позволяет человеческому организму восполнять нехватку витамина D.