Koronale løkker, de elegante og lyse strukturene som treer gjennom soloverflaten og inn i solatmosfæren, er nøkkelen til å forstå hvorfor koronaen er så varm. Ja, det er sola, og ja, det er varmt, men det er stemningen også varmt. Puslespillet om hvorfor solokoronaen er varmere enn solens fotosfære har holdt solfysikere opptatt siden midten av det tjuende århundre, men med hjelp av moderne observatorier og avanserte teoretiske modeller har vi nå en ganske god ide om hva som forårsaker dette. Så er problemet løst? Ikke helt…
Så hvorfor er solfysikere uansett så interessert i solkorona? For å svare på dette, tar jeg opp et utdrag fra min første Space Magazine-artikkel noensinne:
…målinger av koronale partikler forteller oss at atmosfæren til solen faktisk er varmere enn solens overflate. Tradisjonell tenking vil antyde at dette er galt; alle slags fysiske lover ville bli brutt. Luften rundt en lyspære er ikke varmere enn selve pæren, varmen fra en gjenstand vil avta jo lenger unna du måler temperaturen (åpenbar egentlig). Hvis du er forkjølet, flytter du ikke bort fra brannen, du kommer nærmere den! - fra “Hinode oppdager Sun’s Hidden Sparkle”, Space Magazine, 21. desember 2007
Dette er ikke bare en akademisk nysgjerrighet. Romvær stammer fra den nedre solcorona; forståelse av mekanismene bak koronal oppvarming har omfattende implikasjoner for å forutsi energiske (og ødeleggende) solfakler og prognoser interplanetære forhold.
Så, koronaloppvarmingsproblemet er et interessant tema, og solfysikere er varme på sporet av svaret på hvorfor koronaen er så varm. Magnetiske koronale løkker er sentrale i dette fenomenet; de er i bunnen av solatmosfæren og opplever rask oppvarming med en temperaturgradient fra titusenvis av Kelvin (i kromosfæren) til titalls millioner Kelvin (i koronaen) over veldig kort avstand. Temperaturgradienten virker over et tynt overgangsregion (TR), som varierer i tykkelse, men kan være noen få hundre kilometer tykt noen steder.
Disse lyse løkkene med varm solplasma kan være enkle å se, men det er mange avvik mellom observasjonen av korona og koronal teori. Mekanismen (e) som er ansvarlig for oppvarming av løkkene har vist seg å være vanskelig å feste, spesielt når du prøver å forstå dynamikken i "mellomtemperatur" (a.a. "varme") koronale løkker med plasma oppvarmet til rundt en million Kelvin. Vi kommer nærmere løsningen på dette puslespillet som vil hjelpe romvarslene fra solen til jorden, men vi må finne ut hvorfor teorien ikke er den samme som det vi ser.
Solfysikere har vært delte om dette emnet i noen tid. Oppvarmes koronal sløyfeplasma av intermitterende magnetiske gjenforbindelsesbegivenheter i hele koronalsløyfen? Eller blir de oppvarmet av noen annen jevn oppvarming veldig lav i koronaen? Eller er det litt av begge deler?
Jeg har faktisk brukt fire år på å kjempe med dette problemet mens jeg jobbet med Solar Group ved University of Wales, Aberystwyth, men jeg var på siden av “stadig oppvarming”. Det er flere muligheter når jeg vurderer mekanismene bak jevn koronal oppvarming. Mitt spesielle studieområde var Alfvé bølgenproduksjon og bølgepartikkelinteraksjoner (skamløs egenreklame ... min 2006-avhandling: Rolige koronale løkker oppvarmet av turbulens, i tilfelle du har en ekstra, kjedelig helg foran deg).
James Klimchuk fra Goddard Space Flight Center's Solar Physics Laboratory i Greenbelt, Md., Tar en annen oppfatning og favoriserer den nanoflare, impulsive oppvarmningsmekanismen, men han er veldig klar over at andre faktorer kan komme til å spille:
“Det har blitt klart de siste årene at koronal oppvarming er en svært dynamisk prosess, men uoverensstemmelser mellom observasjoner og teoretiske modeller har vært en viktig kilde til halsbrann. Vi har nå oppdaget to mulige løsninger på dette dilemmaet: energi frigjøres impulsivt med riktig blanding av partikkelakselerasjon og direkte oppvarming, eller energi frigjøres gradvis veldig nær soloverflaten.”- James Klimchuk
Nanoflares er spådd å opprettholde varme kransløkker på deres ganske stabile 1 million Kelvin. Vi vet at løkkene er denne temperaturen når de avgir stråling i de ekstreme ultrafiolette (EUV) bølgelengdene, og en rekke observatorier er blitt bygget eller sendt ut i verdensrommet med instrumenter som er følsomme for denne bølgelengden. Plassbaserte instrumenter som EUV Imaging Telescope (EIT; ombord NASA / ESA) Solar and Heliospheric Observatory), NASAs Overgangsregion og Coronal Explorer (TRACE), og den nylig opererte japanske Hinode oppdraget har alle hatt sine suksesser, men mange gjennombrudd av koronalusene skjedde etter lanseringen av TRACE tilbake i 1998. Nanoflares er veldig vanskelig å observere direkte da de forekommer over romlige skalaer så små, at de ikke kan løses med den nåværende instrumenteringen. Vi er imidlertid nær, og det er et spor med koronale bevis som peker på disse energiske hendelsene.
“Nanoflares kan frigjøre energien sin på forskjellige måter, inkludert akselerasjonen av partikler, og vi forstår nå at den rette blandingen av partikkelakselerasjon og direkte oppvarming er en måte å forklare observasjonene på.”- Klimchuk.
Sakte men sikkert samles teoretiske modeller og observasjon, og det ser ut til at etter 60 år med forsøk, er solfysikere i nærheten av å forstå varmemekanismene bak koronaen. Ved å se på hvordan nanoflares og andre varmemekanismer kan påvirke hverandre, er det veldig sannsynlig at mer enn en koronal oppvarmingsmekanisme er i spill ...
Bortsett: Av interesse vil nanoflares forekomme i hvilken som helst høyde langs koronaløkken. Selv om de kan bli kalt nanostorm, etter jordens standarder, er de enorme eksplosjoner. Nanoflares frigjør en energi på 1024-1026 erg (det er 1017-1019 Joule). Dette tilsvarer cirka 1.600 til 160.000 atombomber i Hiroshima-størrelse (med en eksplosiv energi på 15 kilotonn), så det er ingenting nano om disse koronale eksplosjonene! Men på sammenligningen med de vanlige røntgenstråler som solen genererer fra tid til annen med en total energi på 6 × 1025 Joules (over 100 milliarder atombomber), kan du se hvordan nanofakler får navnet sitt ...
Opprinnelig kilde: NASA
