Ученые так и не могут объяснить, почему на Солнце отсутствуют некоторые цвета

Фото из открытых источников

Одна из лучших в истории визуализаций спектра света от нашего великолепного Солнца выявляет некоторые загадочные пробелы в его цветовой гамме. Большинство из тысяч темных линий Фраунгофера в солнечной радуге были связаны с различными элементами солнечной атмосферы, поглощающими свет на определенной длине волны.

Но даже несмотря на десятилетия высокоразрешающей солнечной спектроскопии, существуют некоторые спектральные линии, происхождение которых так и не было четко установлено. И дело не в отсутствии попыток – наше Солнце – своенравное и коварное чудовище, чьи секреты на удивление трудно раскрыть.

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

В спектре есть несколько примечательных особенностей. Одна из них, которую можно заметить сразу, — это то, что свет наиболее яркий на желто-зеленых длинах волн, даже несмотря на то, что солнечные лучи кажутся совершенно бесцветными на небе.

Ещё одна очевидная особенность — наличие тёмных 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 достаточно хорошо изучен.

Это линии поглощения, и подобные особенности можно наблюдать на каждой звезде и галактике, для которых можно получить спектры. Они вызваны поглощением фотонов на данной длине волны атомами и молекулами в солнечной атмосфере. Различные элементы поглощают разные длины волн света; определенный рисунок линий поглощения может служить своего рода «отпечатком пальца» этого элемента.

Это очень умный способ определить, какие элементы присутствуют в атмосфере звезды, галактики или даже планеты, но он гораздо сложнее, чем кажется, особенно если видны и перекрываются несколько «отпечатков пальцев».

Тем не менее, большинство линий Фраунгофера уже идентифицированы, и именно поэтому мы знаем, что Солнце — преимущественно состоящее из водорода и гелия, как и все звезды — также содержит множество других веществ, таких как кислород, натрий, кальций и даже следы ртути.

Это не просто праздное любопытство. Когда Вселенная зародилась, она состояла почти исключительно из водорода и небольшого количества гелия.

На самом деле, это по-прежнему так , но в несколько меньшей степени, потому что после рождения звёзды начали сталкивать атомы в своих ядрах, образуя более тяжёлые элементы. Затем, когда эти звёзды умирали, они не только рассеивали эти более тяжёлые элементы в космос, но и их мощные взрывы создавали ещё более тяжёлые элементы.

Последующие поколения звёзд включили эти материалы в процесс своего формирования. Количество и расположение элементов тяжелее гелия в звезде — это инструменты, с помощью которых учёные могут рассчитать возраст этой звезды. Замечательно.

Поскольку Солнце — ближайшая к нам звезда, к которой у нас есть доступ, именно для этой звезды у нас имеются наиболее подробные спектральные данные.

Несмотря на такое обилие данных, сотни наблюдаемых полос поглощения остаются несовместимыми с химическими процессами, которые их создали, или не соответствуют синтетическим спектрам — набору полос поглощения, сгенерированных путем моделирования синтетического Солнца на основе его температуры, гравитации, структуры атмосферы и других характеристик.

Этому есть несколько причин, которые подробно описаны в статье 2017 года, посвященной исследованию конкретного набора отсутствующих строк.

Возможно, наибольший вклад в эту загадку вносит то, что существующие базы данных атомных и молекулярных линий, хотя и обширные, далеки от полноты. Определение спектрального отпечатка конкретного атома или молекулы часто требует тестирования и проверки, а некоторые группы, такие как группа железа, особенно сложны.

Однако само Солнце также является значительной частью проблемы, поскольку его динамичная и изменчивая атмосфера, в которой преобладает конвекция и резко меняющиеся магнитные поля, может мешать появлению полос поглощения.

В результате в солнечном спектре появляется набор загадочных линий на длинах волн, которые не соответствуют синтетическим спектрам и не могут быть отнесены к какому-либо известному атомному или молекулярному поглощению.

И, честно говоря, довольно здорово, что даже после столетий исследований ближайшая к Земле звезда хранит в себе множество сложных загадок, которые нам еще предстоит разгадать – загадок, которые, по крайней мере на поверхностном уровне, кажутся более разрешимыми, чем есть на самом деле.

Хорошая новость в том, что мы с каждым днем приближаемся к ответам. Более совершенные приборы, растущие базы данных спектральных линий и улучшенные модели атмосферы Солнца — все это способствует этому прогрессу. И каждое несоответствие между реальным и синтетическим спектрами — это подсказка, которая указывает нам, как мы можем улучшить наши модели.

В то же время, мы, вероятно, никогда не закончим изучение нашего Солнца. И это тоже удивительно.