Новые расчеты позволили избавиться от споров между двумя моделями внутреннего строения Солнца. Одна была создана на основе спектроскопии, а другая — на основе высокочастотных пульсаций.
Солнце вблизи. Источник: Universe Today
Солнце: споры в моделях
Исследователи опубликовали уточненные расчеты, как энергия передается в верхних слоях Солнца. Эта новость могла бы оказаться никому не интересной, кроме узких специалистов, но она позволяет разгадать старую загадку о внутренней структуре нашего светила.
На сегодняшний день существуют две очень похожие в целом, но отличные в деталях модели, сочетающие вместе химический состав верхних слоев Солнца и его внутреннее строение. Одна из них базируется на спектроскопии, благодаря которой мы точно знаем, из чего состоит наше светило. Исходя из этих данных, ученые реконструируют его внутреннюю структуру, частью которой является конвективный слой.
В этом слое более горячие массы поднимаются с глубин Солнца к его поверхности, а более холодные — опускаются вниз. Однако этот процесс приводит к высокочастотным пульсациям поверхности светила и его магнитосферы. И эти колебания мы можем определить с точностью до миллисекунды.
Проблема в том, что модель Солнца, построенная на основе измерений пульсаций, также содержит конвективный слой. Но он должен быть значительно толще, чем у модели, построенной на основе спектроскопии.
Хуже всего, что если конвективный слой Солнца действительно настолько толстый, то и химический состав его поверхности должен быть другим. В частности, на нем должно быть значительно больше кислорода, кремния и неона, чем показывают спектрограммы. Противоречивость в результатах двух совершенно надежных методов очень беспокоит ученых, и исследования, осуществленные, например, Solar Orbiter, пока никак эту проблему не решили.
Локальное термодинамическое равновесие
В опубликованном в Astronomy & Astrophysics исследовании внимание уделено расчетам, которые не базируются на существовании на поверхности Солнца локального термодинамического равновесия (ЛТР). Дело в том, что толщина линий в спектре, характеризующая присутствие тех или иных химических элементов, сильно зависит от температуры источника излучения.
Внутренняя структура Солнца
До сих пор исследователи исходили из того, что на каждом участке поверхности Солнца температура выравнивается, то есть достигается локальное термодинамическое равновесие. Это было справедливое предположение, основанное на наблюдениях за газами на Земле. Кроме того, такое предположение значительно упрощало расчеты.
Еще в 1960-е ученым стало понятно, что среда на Солнце слишком разрежена для того, чтобы в ней установилось ЛТР. Но расчеты были слишком сложными, и из них не удавалось получить целостной картины.
Новое решение может иметь неожиданные последствия
В новом исследовании пришлось создать целостную картину излучения поверхности Солнца, которая не включает ЛТР. Модель учитывает атомы всех элементов, влияющих на эволюцию звезд, и то, как каждый из них излучает энергию независимо от других. Также были учтены модели конвекции, основанные на изучениях пульсации магнитного поля.
Когда расчеты применили к наблюдаемым спектрам, оказалось, что теперь тяжелых элементов в составе Солнца стало больше, и их содержание совпало с тем, которое предполагается наблюдениями за пульсациями. Спор наконец был разрешен.
При этом следует отметить, что атомов тяжелых элементов, согласно новой модели, на Солнце все еще очень мало. Их оказалось всего на 15—25 процентов больше, чем считалось, при том, что ученые были уверены, что только 1 из 1000 атомов на поверхности нашей звезды тяжелее гелия.
Но и этот результат может иметь большие последствия. Ведь до сих пор спектр Солнца выступал в качестве эталона для определения химического состава других звезд. А значит, и его мы определяли немного неправильно и, как следствие, внутреннюю структуру светил.
По материалам Рhys.org
Источник: universemagazine.com
