RW Space

Одна из лучших когда-либо созданных визуализаций спектра света нашего великолепного Солнца обнаруживает некоторые загадочные дыры в его цветовом массиве.

Большинство из тысяч темных линий Фраунгофера в солнечной радуге были связаны с различными элементами в атмосфере Солнца, поглощающими свет на этой конкретной длине волны.

Но даже с учетом десятилетий солнечной спектроскопии высокого разрешения существуют некоторые спектральные линии, происхождение которых так и не было четко идентифицировано. Это не из-за отсутствия попыток. Наше Солнце — своенравный и коварный зверь, чьи секреты на удивление трудно раскрыть.

Связано: Солнце ведет себя странно. Это может быть потому, что мы смотрим на все это неправильно.

Хотя наше Солнце светится белым светом, детали его полного спектра намного сложнее. На изображении ниже показан полный солнечный спектр, составленный на основе наблюдений, полученных в Национальной солнечной обсерватории США на Китт-Пик в 1980-х годах.

В спектре есть несколько примечательных особенностей. Вы можете сразу заметить, что свет наиболее яркий на желто-зеленых длинах волн, хотя солнечные лучи кажутся совершенно бесцветными на небе (однако, пожалуйста, не выходите и не смотрите на него без защиты глаз).

Еще одна очевидная особенность — наличие темных пятен. Это линии Фраунгофера, названные в честь немецкого физика Йозефа фон Фраунгофера, который задокументировал их в 1814 году. Мы знаем о них уже более 200 лет, и их механизм довольно хорошо понятен.

Это линии поглощения, и подобные особенности можно увидеть на каждой звезде и галактике, для которых можно получить спектры. Они вызваны поглощением фотонов этой длины волны атомами и молекулами солнечной атмосферы. Разные элементы поглощают свет разной длины; определенный рисунок линий поглощения может служить отпечатком этого элемента.

Это очень умный способ выяснить, какие элементы присутствуют в звезде, галактике или даже планетарной атмосфере, но это гораздо сложнее, чем кажется, особенно если видны и перекрываются несколько отпечатков пальцев.

Тем не менее, большинство линий Фраунгофера были идентифицированы, и именно поэтому мы знаем, что Солнце – преимущественно водород и гелий, как и все звезды – также имеет кучу таких веществ, как кислород, натрий, кальций и даже следовые количества ртути.

Это тоже не праздное любопытство. Когда Вселенная родилась, она почти полностью состояла из водорода и небольшого количества гелия.

Это на самом деле так и сейчас, но в несколько меньшей степени, потому что как только звезды появились, они начали сталкивать атомы в своих ядрах, чтобы создать более тяжелые элементы. Затем, когда эти звезды умерли, они не только разбросали эти более тяжелые элементы в космос, но и их сильные взрывы создали еще более тяжелые элементы.

Последующие поколения звезд включили эти материалы в свое собственное образование. Количество и состав элементов тяжелее гелия в звезде — это инструменты, с помощью которых ученые могут рассчитать возраст этой звезды. Отличная штука.

Поскольку Солнце — самая близкая звезда, к которой у нас есть доступ, именно о ней мы располагаем наиболее подробными спектральными данными.

Несмотря на такое богатство данных, сотни наблюдаемых особенностей поглощения остаются несоответствующими химическому составу, который их создал, или несовместимым с синтетическими спектрами — набором особенностей поглощения, полученных в результате моделирования синтетического Солнца на основе его температуры, гравитации, структуры атмосферы и других характеристик.

Для этого есть несколько причин: аккуратно задокументировано в статье 2017 года, посвященной конкретному набору недостающих линий.

Возможно, самый большой вклад в загадку вносит то, что текущие базы данных атомных и молекулярных линий, хотя и большие, но далеко не полные. Определение спектрального отпечатка конкретного атома или молекулы часто требует тестирования и проверки, а некоторые группы, такие как группа железа, особенно сложны.

Но само Солнце также представляет собой большую часть проблемы, с динамичной и изменчивой атмосферой, в которой преобладает конвекция и сильно меняющиеся магнитные поля, которые могут мешать появлению особенностей поглощения.

Результатом является набор загадочных линий в солнечном спектре на длинах волн, которые не соответствуют синтетическим спектрам и не могут быть отнесены ни к одному известному атомное или молекулярное поглощение.

И, честно говоря, очень здорово, что даже после столетий исследований у самой близкой к Земле звезды есть некоторые запутанные загадки, которые нам еще предстоит разгадать – загадки, которые, по крайней мере на поверхностном уровне, кажутся более разрешимыми, чем они есть на самом деле.

Хорошая новость заключается в том, что мы становимся ближе к поиску ответов с каждым днем. Этому прогрессу способствуют более совершенные инструменты, растущая база данных спектральных линий и улучшенные модели атмосферы Солнца. И каждое несоответствие между реальным и синтетическим спектрами — это подсказка, подсказывающая нам, как мы можем улучшить наши модели.

В то же время мы, вероятно, никогда не закончим изучение нашего Солнца. Это тоже чудесно.