Koronale løkker, de elegante og lyse strukturer, der trækker gennem soloverfladen og ind i solatmosfæren, er nøglen til at forstå, hvorfor koronaen er så varm. Ja, det er solen, og ja, det er varmt, men det er stemningen også hed. Puslespillet om, hvorfor solcoronaen er varmere end solens fotosfære har holdt solfysikere travlt siden midten af det tyvende århundrede, men ved hjælp af moderne observatorier og avancerede teoretiske modeller har vi nu en ret god idé om, hvad der forårsager dette. Så er problemet løst? Ikke helt…
Så hvorfor er solfysikere alligevel så interesserede i solkoronen? For at svare på dette henter jeg et uddrag fra min første Space Magazine-artikel nogensinde:
…målinger af koronale partikler fortæller os, at solens atmosfære faktisk er varmere end solens overflade. Traditionel tænkning antyder, at dette er forkert; alle former for fysiske love ville blive overtrådt. Luften omkring en pære er ikke varmere end selve pæren, varmen fra en genstand falder jo længere væk du måler temperaturen (tydeligvis virkelig). Hvis du er kold, bevæger du dig ikke fra ilden, kommer du nærmere det! - fra "Hinode opdager Sun's Hidden Sparkle", Space Magazine, 21. december 2007
Dette er ikke kun en akademisk nysgerrighed. Rumvejr stammer fra den nedre solcorona; forståelse af mekanismerne bag koronal opvarmning har vidtrækkende implikationer for at forudsige energiske (og ødelæggende) solbrænd og forudsigelse af interplanetære forhold.
Så koronalopvarmningsproblemet er et interessant problem, og solfysikere er varme på sporet af svaret på, hvorfor koronaen er så varm. Magnetiske koronale løkker er centrale i dette fænomen; de er ved solenes atmosfære og oplever hurtig opvarmning med en temperaturgradient fra titusinder af Kelvin (i kromosfæren) til titusinder af Kelvin (i koronaen) over en meget kort afstand. Temperaturgradienten virker på tværs af et tyndt overgangsregion (TR), som varierer i tykkelse, men kan kun være nogle få hundrede kilometer tykt på steder.
Disse lyse sløjfer af varmt solplasma kan være let at se, men der er mange uoverensstemmelser mellem observation af korona og koronal teori. Mekanismen (e), der er ansvarlige for opvarmning af sløjferne, har vist sig at være svær at fastklæbe, især når man prøver at forstå dynamikken i ”mellemtemperatur” (a.k. “varm”) koronale løkker med plasma opvarmet til omkring en million Kelvin. Vi kommer nærmere på at løse dette puslespil, som vil hjælpe med at forudsige rumvejr fra Solen til Jorden, men vi er nødt til at finde ud af, hvorfor teorien ikke er den samme som det, vi ser.
Solfysikere har været uenige om dette emne i nogen tid. Opvarmes koronal sløjfe plasma ved intermitterende magnetiske forbindelsesbegivenheder i længden af en koronal sløjfe? Eller opvarmes de af en anden stabil opvarmning meget lav i koronaen? Eller er det lidt af begge dele?
Jeg tilbragte faktisk fire år med at kæmpe med dette emne, mens jeg arbejdede med Solar Group på University of Wales, Aberystwyth, men jeg var ved siden af ”konstant opvarmning”. Der er flere muligheder, når man overvejer mekanismerne bag konstant koronal opvarmning, mit særlige studieområde var Alfvé bølgeproduktion og bølge-partikelinteraktioner (skamløs selvpromovering… min afhandling fra 2006: Rolige koronale løkker opvarmet af turbulens, bare i tilfælde af at du har en ekstra, kedelig weekend foran dig).
James Klimchuk fra Goddard Space Flight Center's Solar Physics Laboratory i Greenbelt, Md., Har en anden opfattelse og favoriserer den nanoflare, impulsive opvarmningsmekanisme, men han er meget opmærksom på, at andre faktorer kan komme i spil:
“Det er blevet klart i de senere år, at koronalopvarmning er en meget dynamisk proces, men uoverensstemmelser mellem observationer og teoretiske modeller har været en vigtig kilde til halsbrand. Vi har nu opdaget to mulige løsninger på dette dilemma: energi frigives impulsivt med den rigtige blanding af partikelacceleration og direkte opvarmning, eller energi frigives gradvist meget tæt på soloverfladen.”- James Klimchuk
Nanoflares forventes at opretholde varme koronale løkker på deres forholdsvis stabile 1 million Kelvin. Vi ved, at sløjferne er denne temperatur, da de udsender stråling i de ekstreme ultraviolette (EUV) bølgelængder, og en række observatorier er blevet bygget eller sendt ud i rummet med instrumenter, der er følsomme over for denne bølgelængde. Rumbaserede instrumenter som EUV Imaging Telescope (EIT; ombord på NASA / ESA) Sol- og heliosfærisk observatorium), NASA'er Overgangsregion og Coronal Explorer (TRACE), og den nyligt operationelle japanske Hinode mission har alle haft deres succeser, men mange gennembrud i koronaløkke fandt sted efter lanceringen af TRACE tilbage i 1998. Nanoflares er meget svære at observere direkte, da de forekommer over rumlige skalaer, der er så små, at de ikke kan løses med den aktuelle instrumentering. Vi er dog tæt, og der er et spor af koronale beviser, der peger på disse energiske begivenheder.
“Nanoflares kan frigive deres energi på forskellige måder, herunder acceleration af partikler, og vi forstår nu, at den rigtige blanding af partikelacceleration og direkte opvarmning er en måde at forklare observationer på.”- Klimchuk.
Langsomt men sikkert samles teoretiske modeller og observationer, og det ser ud til, at solfysikere efter 60 års forsøg er tæt på at forstå opvarmningsmekanismerne bag koronaen. Ved at se på, hvordan nanoflares og andre opvarmningsmekanismer kan påvirke hinanden, er det meget sandsynligt, at mere end en koronal opvarmningsmekanisme er i spil ...
Bortset: Af interesse vil nanoflares forekomme i enhver højde langs koronalsløjfen. Selvom de muligvis kaldes nanoflaresefter jordens standarder er det enorme eksplosioner. Nanoflares frigiver en energi på 1024-1026 erg (det er 1017-1019 Joule). Dette svarer til ca. 1.600 til 160.000 atombomber i Hiroshima-størrelse (med en eksplosiv energi på 15 kilotonn), så der er ikke noget nano om disse koronale eksplosioner! Men ved sammenligningen med de almindelige røntgenstråler frembringer Solen fra tid til anden med en samlet energi på 6 × 1025 Joules (over 100 milliarder atombomber), kan du se hvordan nanofakkel får deres navn ...
Oprindelig kilde: NASA
