Космическая пыль и солнечная корона: почему атмосфера Солнца раскалена до миллионов градусов

Основные гипотезы — магнитные волны и нановспышки. Однако существует и менее популярное объяснение: частицы космической пыли вблизи Солнца. Могут ли эти крошечные частицы, раздираемые между собственной инерцией и электромагнитными силами, играть вспомогательную роль в нагреве короны?

Проблема нагрева короны: что мы знаем?

Два главных класса моделей нагрева короны:

• Волновой нагрев: магнитные или турбулентные волны, порождённые конвективными движениями под поверхностью Солнца, поднимаются вверх и рассеивают свою энергию в короне .
• Нагрев нановспышками: бесчисленные мелкие события магнитного пересоединения — микро- и нановспышки — коллективно выделяют энергию, нагревающую корону .

Ни одна из моделей не получила всеобщего признания . Недавние данные зонда Parker Solar Probe подтвердили, что магнитные волны, возбуждаемые подповерхностной турбулентностью, способны передавать энергию ионам, что поддерживает волновую гипотезу . Другие исследования указывают на нановспышки: наблюдения в рентгеновском диапазоне фиксируют плазму с температурой 10 млн K, что возможно только при импульсных выбросах энергии .

При чём здесь космическая пыль?

Плотность пыли увеличивается по мере приближения к Солнцу и достигает максимума в F-короне, где рассеянный пылью белый свет преобладает над электронным K-излучением начиная с 3 радиусов Солнца . Вблизи светила частицы пыли электризуются под действием мощного ультрафиолетового излучения и потоков плазмы .

Их возможная роль в нагреве короны — косвенная, но её стоит рассмотреть:

• Инжекция вещества: когда пылинки разрушаются при столкновениях или сублимации, они поставляют атомы и ионы в окружающую среду, питая тяжёлыми ионами солнечный ветер и корону .
• Динамика заряженных наночастиц: очень мелкие частицы (1–10 нм) имеют высокое отношение заряда к массе, поэтому их движение сильно зависит от электромагнитных сил. Один из предложенных механизмов увеличения времени жизни горячих частиц вблизи звезды — магнитный захват заряженных наночастиц .

Важно подчеркнуть: пылевой нагрев не является основным кандидатом в主流 литературе по нагреву короны. Приведённые источники последовательно указывают на волны, пересоединение и нановспышки как главные объяснения .

Два конкурирующих эффекта: масса против заряда

Теоретическая конкуренция между массой и зарядом пылинки касается того, как энергия, полученная частицей, в итоге расходуется — выделяется ли она локально или переносится в другое место. Это правдоподобная концепция физики пылевой плазмы, согласующаяся с поведением заряженных наночастиц в звёздных условиях .

1. Масса и инерция — локальное выделение энергии

Крупные, массивные пылинки слабо подчиняются электромагнитным силам. Такая частица, слабо связанная с магнитными полями, движется по почти баллистической траектории. При столкновении, фрагментации или разрушении её кинетическая энергия выделяется локально — в виде тепла, ионизации или возбуждения окружающего вещества. Это способствует локальному нагреву вблизи того места, где частица изначально получила энергию.

2. Заряд и отношение заряда к массе — перенос энергии

Очень мелкие частицы — наночастицы — могут обладать высоким отношением заряда к массе, что делает их движение сильно зависящим от электромагнитных сил . Заряженные наночастицы в околозвёздной среде могут захватываться или направляться магнитными полями, продлевая их время жизни . В таком случае энергия, связанная с частицей, может переноситься вдоль магнитных структур прежде, чем рассеяться, а не выделяться сразу на месте приобретения. Это способствует нелокальному выделению энергии.

Ключевой вопрос: Что доминирует — инерция частицы, ведущая к локальному трению или ударному нагреву, или её электромагнитная связь, позволяющая уносить энергию вдоль магнитных линий? Ответ зависит от размера пылинки, поверхностного заряда, локальных параметров плазмы и напряжённости магнитного поля.

Важное примечание

Описание конкуренции массы и заряда — это правдоподобная концепция в рамках физики пылевой плазмы, согласующаяся с тем, что заряженные наночастицы могут существенно взаимодействовать со звёздными магнитными полями . Однако она не является стандартной частью основной дискуссии о нагреве короны. Использованные источники продолжают рассматривать волны, турбулентность, магнитное пересоединение, микро- и нановспышки как главные объяснения . Пыль может играть вспомогательную или локальную роль, но текущие данные не позволяют считать конкуренцию массы и заряда пылинок основным объяснением миллионоградусной температуры короны.

Проблема нагрева короны остаётся нерешённой, и, скорее всего, в ней задействовано несколько механизмов одновременно. Как отмечается в одном обзоре, «вероятно, не существует единственного физического закона, который раз и навсегда решит проблему нагрева короны» .