Największe zagadki fizyki [cz. 8]. Temperatura korony słonecznej

Temperatura powierzchni (fotosfery) Słońca wynosi około 5500 stopni kelwina. To w przeliczeniu na "nasze" 5226°C. Zaskakująco chłodno, prawda? A powinno być przeraźliwie upalnie! Prawdziwe zaskoczenie przychodzi, gdy sprawdzimy temperaturę bardziej oddalonej od środka korony słonecznej - aż 2 000 000 stopni kelwina! Skąd aż taka różnica? Dobre pytanie.

Temperatura powierzchni (fotosfery) Słońca wynosi około 5500 stopni kelwina. To w przeliczeniu na "nasze" 5226°C. Zaskakująco chłodno, prawda? A powinno być przeraźliwie upalnie! Prawdziwe zaskoczenie przychodzi, gdy sprawdzimy temperaturę bardziej oddalonej od środka korony słonecznej - aż 2 000 000 stopni kelwina! Skąd aż taka różnica? Dobre pytanie.

Aby dany obiekt emitował promieniowanie i wydzielał ciepło, musi być spełniony prosty warunek: otoczenie tego obiektu musi mieć niższą temperaturę. Wtedy też energia wędruje i przechodzi na inne obiekty. No tak, tylko że to nie korona słoneczna grzeje słońce, ale odwrotnie. Czy jesteśmy w stanie wyjaśnić, w jaki sposób energia z chłodnej powierzchni Słońca wędruję do hipergorącej korony?

Jeżeli nie ciepło, to co?

Jest jasne, że ciepło nie wędruje od powierzchni do korony. Byłoby to złamanie drugiej zasady termodynamiki, którą w słowa ładnie ubrał Clausius:

Nie istnieje proces termodynamiczny, którego jedynym wynikiem byłoby pobranie ciepła ze zbiornika o temperaturze niższej i przekazanie go do zbiornika o temperaturze wyższej.

Skoro ciepło nie wędruje do korony, dlaczego jest ona taka gorącą? Energia musi przedostawać się do niej w procesie innym niż cieplny. Ten tajemniczy proces zachodzi w obszarze przejściowym pomiędzy koroną a fotosferą. Jest on stosunkowo cienki (w odniesieniu do Słońca) i mierzy jedynie kilkaset kilometrów wysokości.

Zaproponowano kilka teorii wyjaśniających to zjawisko. Za każdym razem ogłaszano, że zagadka została ostatecznie rozwiązana (co było bezmyślnie powtarzane przez wiele serwisów i czasopism). Z pobojowiska ostały się dwie teorie, które są dobrymi kandydatkami na rzeczywiste rozwiązanie tej zagadki.

Falami w koronę

W 1949 r. Evry Schatzman zasugerował istnienie fal pochodzących z wnętrza Słońca, wydostających się na powierzchnię i uderzających w koronę. Fale te mają przypominać fale dźwiękowe i ma być ich kilka rodzajów. Najważniejsze to fale magnetoakustyczne oraz fale Alfvena.

Pierwszy z wymienionych typów fal to fale akustyczne zmienione nieco przez pole magnetyczne. Fale Alfvena to fale radiowe zmienione przez obecność materii w plazmie. Oba typy fal doskonale nadają się do przenoszenia energii w kierunku korony. Są jednak pewne problemy z tą teorią.