Почему Солнце замедляется? [Sciencium]
[музыка] Вот сайт с шаурмой, Макс. [музыка] Оборот солнца вокруг своей оси и занимает примерно месяц. Мир узнал об этом еще в 1611, когда Йоханнес Фабрициус с помощью телескопа отследил пятна на его поверхности.
Но в 1996 международная группа исследователей совершила удивительное открытие: внешний слой Солнца вращается медленнее, чем лежащие под ним. А кроме того, он еще и замедляется. Почему это происходит? Что может тормозить поверхность Солнца в космическом вакууме?
Сделаем шаг назад, чтобы выяснить, откуда мы вообще знаем, что происходит внутри Солнца, этого яркого плазменного шара в ста пятидесяти миллионах километров от нас. Дела солнечных аналогах землетрясений: турбулентность в конвективной зоне вызывает масштабные вибрации, а из-за внутреннего строения Солнца некоторые частоты усиливаются в результате интерференции, из-за чего Солнце звенит, как бубенчик.
Сейсмо-волны отражаются от фотосферы, то есть видимой поверхности Солнца, так что мы буквально видим резонансные колебания нашей звезды. Учёные используют эти наблюдения как ультразвук для прощупывания внутреннего строения Солнца. Оказалось, что его внешний слой вращается медленнее внутреннего, но никто не мог объяснить, почему.
Похоже, теперь учёные знают ответ. Ключом к разгадке стало наблюдение за частицами, были вращающимися вокруг звезды. Следовало бы ожидать, что они будут вращаться вечно, как планеты вокруг Солнца, но это не так. Напротив, они постепенно теряют энергию и приближаются к звезде. Причина торможения частиц пыли не в трении: они теряют энергию даже когда ни с чем не сталкиваются, кроме света самой звезды.
С перспективы звезды фотоны расходятся лучами, но с перспективы пыли фотоны появляются слегка впереди, как капли дождя, попадающие в лобовое стекло автомобиля на шоссе, и машина чуточку замедляется из-за импульса встречных капель. Точно так же частицы пыли вокруг звезды теряют движущую силу из-за постоянного потока бьющих по ним фотонов.
Фотоны, согласно специальной теории относительности Эйнштейна, обладают импульсом, смотря на отсутствие массы. Каждый день в Землю врезается 60 тонн космической пыли, и часть приблизилась к центру с окраин солнечной системы под воздействием света. То есть именно свет приближает орбиту пыли к звезде. Это явление зовется эффектом Пойнтинга-Робертсона в честь физиков, открывших его в тридцать седьмом.
Но как же это объясняет замедление поверхности Солнца? Команда исследователей из Гавайского университета, Бразильского университета Пуанта Гросса и Стэнфордского университета рассматривали тончайший слой газа на внешней поверхности Солнца. После трёх с половиной лет наблюдений они пришли к выводу, что оболочка Солнца вращается еще медленнее, чем фотосфера под ней.
Это признак того, что замедление Солнца происходит извне вовнутрь, и это навело их на ещё одно интересное предположение: что если именно солнечный свет замедляет Солнце? Согласно эффекту Пойнтинга-Робертсона, частицы пыли теряют импульс из-за столкновения с фотонами. Но, как известно, импульс всегда сохраняется, так что фотоны должны отскакивать с большим импульсом в том направлении, куда изначально двигались частицы пыли.
Точно так же, как фотоны крадут кинетический момент у пыли, они крадут его и у внешних слоев Солнца. Десятки тысяч лет фотоны пробивают себе путь из солнечных недр через ядро и зону конвекции. На поверхности плазма постепенно становится прозрачной для света, так что, когда фотоны отрываются от солнечных частиц окончательно, они обычно замедляют частицы и забирают с собой крошечную долю кинетического момента Солнца.
Рассчитав тормозной момент, обеспечиваемый фотонами, исследователи прикинули, насколько поверхность Солнца могла замедлиться за период его существования. Оказалось этого более чем достаточно, чтобы оправдать потери момента импульса на глубину 35 тысяч километров. Пока что излучение фотонов — единственная гипотеза, не противоречащая этим наблюдениям.
Вероятно, до этого фотоны не принимались в расчет при изучении замедления поверхности, потому что импульс отдельно взятого фотоны ничтожно мал в масштабах звезды. Но совокупное воздействие всех фотонов на протяжении миллиардов лет существенно повлияло на Солнце.
И всё же такое торможение никогда не остановит Солнце окончательно. Уменьшение скорости поверхности не так легко передается глубинным слоям, ведь чем глубже, тем выше плотность и гравитация. Учёные рассчитали, что для полной остановки механизма вращения понадобилось бы больше времени, чем срок жизни Вселенной. Однако на более яркие, быстро вращающиеся звезды воздействия было бы сильнее из-за большего количества фотонов и большего импульса каждого из них. Это вполне может сказаться на жизненном цикле таких звёзд.
Сейчас учёные следят за тем, как сказывается замедление на магнитных полях и солнечных ветрах — явлениях, непосредственно влияющих на Землю. Но как же круто, что пренебрежимо малые фотоны могут менять поведение звезды!
Ну что, вы открыли для себя что-то новое? Если так, подписывайтесь, и мы снимем для вас другие подобные видео. Этот канал поддерживает инициатива Google Making and Science, цель которой — вдохновлять человечество на научные изыскания и реализацию научных достижений.
А моя научная цель — создать для вас и другие видео об открытиях прошлого и настоящего, раскрывающих тайны нашей Вселенной. Если хотите их посмотреть, лайкните это видео, подпишитесь на наш канал, и мы с вами еще увидимся.
Переведено и озвучено студией "Вверх Дайвер".