Цвета отсутствуют на Солнце, и мы до сих пор не можем полностью объяснить, почему
Одна из лучших визуализаций спектра света нашего славного Солнца показывает некоторые таинственные дыры в его спектре цветов.
Большинство из тысяч темных линий Фраунгофера в солнечной радуге были прослежены до различных элементов в атмосфере Солнца, поглощающих свет на этой конкретной длине волны.
Но даже с десятилетиями солнечной спектроскопии высокого разрешения существуют некоторые спектральные линии, происхождение которых никогда не было четко идентифицировано. Это не из-за отсутствия попыток — но наше Солнце — умышленный и хитрый зверь, чьи секреты удивительно трудно раскрыть.
Хотя наше Солнце, кажется, пылает в белом свете, детали его полного спектра намного сложнее. На изображении ниже показан полный солнечный спектр, составленный из наблюдений, полученных в Национальной солнечной обсерватории США на Китт-Пик в 1980-х годах.
В спектре есть несколько замечательных вещей. Вы можете сразу заметить, что свет ярче всего на желто-зеленых длинах волн, даже если солнечные лучи кажутся совершенно бесцветными в небе (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 документировал их в 1814 году. Мы знаем о них уже более 200 лет, и их механизм довольно хорошо понятен.
Они являются линиями поглощения, и подобные особенности можно увидеть на каждой звезде и галактике, для которых могут быть получены спектры. Они вызваны поглощением фотонов на этой длине волны атомами и молекулами в солнечной атмосфере. Различные элементы поглощают разные длины волн света; конкретный рисунок линий поглощения может служить отпечатком этого элемента.
Это очень умный способ узнать, какие элементы присутствуют в звезде, галактике или даже планетарной атмосфере, но это гораздо сложнее, чем кажется, особенно если видны множественные отпечатки пальцев и перекрываются.
Тем не менее, большинство линий Фраунгофера были идентифицированы, и именно так мы знаем, что Солнце — преимущественно водород и гелий, как и все звезды — также имеет кучу вещества, такого как кислород, натрий, кальций и даже следовые количества ртути.
Это тоже не праздное любопытство.Когда родилась Вселенная, она почти полностью состояла из водорода и немного гелия.
Это всё ещё так, но в несколько меньшей степени, потому что, как только звёзды родились, они начали сбивать атомы в ядрах, чтобы сделать более тяжёлые элементы. Затем, когда эти звёзды умерли, они не только разбросали эти тяжёлые элементы в космос, но их сильные взрывы всё ещё создавали более тяжёлые элементы.
Больше в науке
Последующие поколения звезд включили эти материалы в свое собственное образование. Количество и массив элементов, более тяжелых, чем гелий в звезде, являются инструментами, с помощью которых ученые могут вычислить возраст этой звезды.
Поскольку Солнце является ближайшей звездой, к которой мы имеем доступ, это звезда, для которой у нас есть самые подробные спектральные данные.
Несмотря на это богатство данных, сотни наблюдаемых особенностей поглощения остаются непревзойденными для химии, которая их создала, или несовместимыми с синтетическими спектрами — набором особенностей поглощения, генерируемым моделированием синтетического Солнца на основе его температуры, гравитации, атмосферной структуры и других характеристик.
Есть несколько причин для этого, аккуратно задокументированных в статье 2017 года, исследующей конкретный набор отсутствующих линий.
Возможно, самый большой вклад в загадку заключается в том, что существующие базы данных атомных и молекулярных линий, хотя и большие, далеки от завершения.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 является большой частью проблемы, с динамической и переменной атмосферой, в которой преобладают конвекция и дико меняющиеся магнитные поля, которые могут мешать появлению особенностей поглощения.
В результате получается набор загадочных линий в солнечном спектре 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 круто, что даже после столетий изучения ближайшая к Земле звезда имеет некоторые запутанные тайны, которые нам еще предстоит разгадать — тайны, которые, по крайней мере, на поверхностном уровне, выглядят более разрешимыми, чем они есть.
Хорошая новость в том, что мы с каждым днем приближаемся к нахождению ответов. Улучшение инструментов, рост баз данных спектральных линий и улучшение атмосферных моделей Солнца способствуют этому прогрессу. И каждое несоответствие между реальными и синтетическими спектрами является ключом, который подсказывает нам, как мы можем улучшить наши модели.
В то же время, мы, вероятно, никогда не закончим изучение нашего Солнца.
