Читаем Лекции о Солнце полностью

Еще одно свойство короны – присутствие в ее спектре таинственных ярких линий, которые долгое время не удавалось отождествить. Доходило даже до того, что была выдвинута гипотеза о существовании здесь и только здесь особого химического элемента – корония. Однако все оказалось проще (а может быть, наоборот, сложнее). Выяснилось, что линии порождаются хорошо известными нам химическими элементами, но в особых условиях! Наиболее яркая зеленая линия оказалась продуктом излучения ионов железа Fe XIV – атомами железа, которые лишены 13 электронов! Еще одна яркая корональная линия красного цвета принадлежит железу, но девятикратно ионизованному – Fe X. Другие яркие линии принадлежат железу Fe XI, Fe XIII, никелю Ni XIII, Ni XV, Ni XVI, кальцию Ca XII, аргону Ar X и другим.

Факт существования излучения этих линий говорит о чрезвычайной разреженности соответствующих ионов: при высокой плотности вещества осуществилась бы рекомбинация: ионы быстро вернули бы себе потерянные электроны. С другой стороны, чтобы оторвать у атомов такое количество электронов, нужна огромная энергия! Для этого необходимы столкновения частиц при очень высоких скоростях. Согласно расчетам, скорее всего, атомы сталкиваются с электронами, разогнанными до скоростей в несколько тысяч километров в секунду. Как мы помним, мерой скорости частиц в газе является его температура. Оценки температуры разреженной корональной плазмы дают значения порядка миллиона градусов!

Именно поэтому не наблюдаются фраунгоферовы линии в излучении внутренней короны. Огромные скорости электронов, рассеивающих солнечный свет, приводят к тому, что контуры фраунгоферовых линий из-за доплеровского эффекта сильно расширяются и размываются, в итоге слабые и сильно размытые линии оказываются совсем незаметными.

Таким образом, корона оказалась состоящей из сильно разреженной и очень горячей плазмы. Излучение короны иногда удается наблюдать не только во время затмений и не только с борта космических аппаратов. Специальные телескопы – коронографы, в которых яркий свет фотосферы закрыт искусственной Луной, обычно устанавливают высоко в горах, чтобы минимизировать яркий рассеянный свет земной атмосферы. Наиболее яркие линии излучения короны можно при этом успешно наблюдать.

Многие годы высокая температура хромосферы, и уж тем более очень высокая температура короны оставались серьезной проблемой для гелиофизиков. Почему, несмотря на быстрое падение плотности вещества в солнечной атмосфере, температура внезапно начинает нарастать после минимума в фотосфере? Почему на расстоянии в несколько тысяч километров (мизерная величина для Солнца) температура газа делает тысячекратный скачок – от нескольких тысяч градусов в хромосфере до миллиона (а, скорее всего, и до двух-трех миллионов) градусов в короне?

Честно говоря, окончательно эта задача не решена и поныне, хотя принципиальные пути ее решения уже давно понятны. Похоже, что высокая температура короны объясняется конвекцией в наружном слое Солнца. В конвективной зоне генерируется огромное количество различных колебаний и волн. Эти волны распространяются вверх, в хромосферу и корону, и переносят туда достаточно большую энергию, которая передается частицам в корональных слоях и сообщает им гигантские скорости. Детали этих процессов нуждаются в подробном изучении, но общая концепция, похоже, правильна. На сегодняшний день это парадигма (основная теория, которой придерживаются большинство ученых). Поскольку в пользу данной идеи говорят множество фактов и не противоречит ни один, скорее всего, эта идея после изучения и уточнения физических механизмов происходящего займет свое место в учебниках и энциклопедиях.

Высокая температура короны приводит к тому, что эти слои интенсивно испускают рентгеновское излучение. Гораздо менее нагретые фотосфера и хромосфера почти не излучают в этом диапазоне, поэтому установленные на спутниках рентгеновские телескопы фиксируют только процессы в короне. Помимо рентгеновского излучения корона испускает радиоизлучение, которое также несет немало информации о внешних областях солнечной атмосферы.

Теперь сделаем еще одну остановку в нашем рассказе о природе Солнца, точнее, о наших представлениях по этому поводу.