Нові розрахунки дозволили позбутися суперечок між двома моделями внутрішньої будови Сонця. Одна була створена на основі спектроскопії, інша — на основі високочастотних пульсацій.
Сонце: суперечки у моделях
Дослідники опублікували уточнені розрахунки, як енергія передається у верхніх шарах Сонця. Ця новина могла б виявитися не цікавою нікому, крім вузьких спеціалістів, але вона дозволяє розгадати стару загадку про внутрішню структуру нашого світила.
На сьогодні існують дві дуже схожі в цілому, але відмінні в деталях моделі, які поєднують разом хімічний склад верхніх шарів Сонця та його внутрішню будову. Одна з них базується на спектроскопії, завдяки якій ми точно знаємо, з чого складається наше світило. Виходячи з цих даних, вчені реконструюють його внутрішню структуру, частиною якої є конвективний шар.
У цьому шарі гарячіші маси підіймаються з глибин Сонця до його поверхні, а холодніші — опускаються донизу. Однак цей процес призводить до високочастотних пульсацій поверхні світила та його магнітосфери. Й ці коливання ми також можемо визначити з точністю до мілісекунди.
Проблема в тому, що модель Сонця, побудована на основі вимірювань пульсацій, також містить конвективний шар. Але він має бути значно товщим, ніж у моделі, побудованій на основі спектроскопії.
Найгірше те, що якщо конвективний шар Сонця справді настільки товстий, то і хімічний склад його поверхні має бути іншим. Зокрема, на ньому має бути значно більше кисню, кремнію та неону, ніж це показують спектрограми. Суперечливість у результатах двох абсолютно надійних методів дуже непокоїть вчених, і дослідження, здійснені, наприклад, Solar Orbiter, поки що цю проблему не розв’язали.
Локальна термодинамічна рівновага
В опублікованому в Astronomy & Astrophysics дослідженні увага приділена розрахункам, які не базуються на існуванні на поверхні Сонця локальної термодинамічної рівноваги (ЛТР). Річ у тім, що товщина ліній у спектрі, яка характеризує присутність тих чи інших хімічних елементів, сильно залежить від температури джерела випромінювання.
Досі дослідники виходили з того, що на кожній ділянці поверхні Сонця температура вирівнюється, тобто досягається локальна термодинамічна рівновага. Це було справедливе припущення, яке базувалося на спостереженнях за газами на Землі. Крім того, таке припущення значно полегшувало розрахунки.
Ще у 1960-ті вченим стало зрозуміло, що середовище на поверхні Сонця занадто розріджене для того, аби у ньому встановилася ЛТР. Але розрахунки були занадто складними, і з них не вдавалося отримати цілісної картини.
Нове рішення має несподівані наслідки
У новому дослідженні довелося створити цілісну картину випромінювання поверхні Сонця, яка не включає ЛТР. Нова модель враховує атоми усіх елементів, які впливають на еволюцію зір, і те, як кожден із них випромінює енергію незалежно від інших. Також були враховані моделі конвекції, засновані на вивченнях пульсації магнітного поля.
Коли розрахунки застосували до спостережуваних спектрів, виявилося, що тепер важких елементів у складі Сонця стало більше, і їхній вміст співпав із тим, який передбачається спостереженнями за пульсаціями. Суперечка нарешті вирішилася.
При цьому варто зазначити, що атомів важких елементів, згідно з новою моделлю, на Сонці все ще дуже мало. Їх виявилося усього на 15—25 відсотків більше, ніж вважалося, при тому, що вчені були впевнені, що лише 1 з 1000 атомів на поверхні нашої зорі важчий за гелій.
Але і цей результат може мати великі наслідки. Адже досі спектр Сонця був еталоном для визначення хімічного складу інших зір. А значить, що і його ми визначали трохи неправильно і, як наслідок, внутрішню структуру світил.
За матеріалами Рhys.org
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
