Nowe badanie przeprowadzone przy użyciu Goode Solar Telescope w Big Bear Solar Observatory ujawniło intensywną energię fal z plam słonecznych, które mogą utrzymać temperaturę do miliona stopni w koronie słonecznej. Chociaż to odkrycie pogłębia naszą wiedzę na temat problemu nagrzewania się korony Słońca, tajemnica nie jest jeszcze w pełni rozwiązana.
z danymi z[{” attribute=””>Big Bear Solar Observatory’s Goode Solar Telescope, researchers discover intense wave energy in the coldest region on the Sun, the sunspot umbra, which is driving puzzling temperatures in the star’s upper atmosphere.
Nearly five thousand kilometers above the Sun’s surface lies a century-old question for solar physicists — how are temperatures in the star’s upper atmosphere, or corona, hundreds of times hotter than temperatures at the Sun’s visible surface?
An international team of scientists has a new answer to the question — commonly referred to as the Sun’s coronal heating problem — with new observational data obtained with the 1.6-meter Goode Solar Telescope (GST) at Big Bear Solar Observatory (BBSO), operated by NJIT’s Center for Solar Terrestrial Research (CSTR).
In a study published recently in the journal Nature Astronomy, researchers have unveiled the discovery of intense wave energy from a relatively cool, dark and strongly magnetized plasma region on the Sun, capable of traversing the solar atmosphere and maintaining temperatures of a million degrees Kelvin inside the corona.
Extreme ultra-violet emission by solar coronal plasma at millions of degrees. Credit: Atmospheric Imaging Assembly (AIA) on board NASA’s Solar Dynamics Observatory (SDO) spacecraft
Researchers say the finding is the latest key to unraveling a host of related mysteries pertaining to Earth’s nearest star.
“The coronal heating problem is one of the biggest mysteries in solar physics research. It has existed for nearly a century,” said Wenda Cao, BBSO director and NJIT physics professor who is co-author of the study. “With this study, we have fresh answers to this problem, which may be key to untangling many confusing questions in energy transportation and dissipation in the solar atmosphere, as well as the nature of space weather.”
Using GST’s unique imaging capabilities, the team led by Yuan Ding was able to initially capture transverse oscillations in the darkest and coldest region on the Sun, called the sunspot umbra.
Such dark sunspot regions can form as the star’s strong magnetic field suppresses thermal conduction and hinders the energy supply from the hotter interior to the visible surface (or photosphere), where temperatures reach roughly 5,000 degrees Celsius.
Film przedstawiający obserwacje ruchu stycznego w plamach słonecznych w wysokiej rozdzielczości. Źródło: NJIT-BBSO, Yuan i in., Nature Astronomy, 2023
Aby to zbadać, zespół zmierzył aktywność związaną z kilkoma ciemnymi cechami wykrytymi w aktywnej plamie słonecznej zarejestrowanymi 14 lipca 2015 r. przez GST BBSO – w tym styczne ruchy oscylacyjne włókien plazmy w cieniu plamy słonecznej, gdzie pole magnetyczne jest ponad 6000 razy silniejsze. niż ziemskie.
„Włókna wyglądają jak struktury stożkowe o typowej wysokości 500-1000 km i szerokości około 100 km” – wyjaśnił Vasyl Yurchyshyn, profesor heliofizyki NJIT-CSTR i starszy naukowiec BBSO. „Mają od dwóch do trzech minut i zwykle pojawiają się ponownie w tym samym miejscu w najciemniejszych częściach cienia, gdzie pola magnetyczne są najsilniejsze”.
„Te ciemne, dynamiczne włókna były obserwowane w obszarze cienia słonecznego od dawna, ale po raz pierwszy nasz zespół był w stanie wykryć boczne oscylacje, które są przejawem szybkich fal” – powiedział Cao. „Te ciągłe i wszechobecne fale poprzeczne w silnie namagnesowanych włóknach przenoszą energię w górę przez pionowo długie kanały magnetyczne i przyczyniają się do ogrzewania górnych warstw atmosfery Słońca”.
Anatomia naszego słońca. Źródło: ESA
Dzięki numerycznym symulacjom tych fal zespół szacuje, że przenoszona energia może być tysiące razy silniejsza niż utrata energii w plazmie aktywnego regionu w górnych warstwach atmosfery Słońca – rozpraszając energię do czterech rzędów wielkości większą niż tempo nagrzewania potrzebne do jego utrzymania. Paląca temperatura plazmy wzrasta w koronie.
„Wszędzie na Słońcu obserwowano różne fale, ale ich energia jest zwykle zbyt niska, aby ogrzać koronę” – powiedział Jurcheshin. „Szybkie fale wykrywane w plamach słonecznych są trwałym i wydajnym źródłem energii, które może być odpowiedzialne za ogrzewanie korony nad plamami słonecznymi”.
Na razie naukowcy twierdzą, że nowe odkrycia nie tylko rewolucjonizują nasze spojrzenie na plamy słoneczne, ale stanowią kolejny ważny krok w pogłębianiu wiedzy fizyków na temat procesów przenoszenia energii i ogrzewania korony słonecznej.
Jednak pytania dotyczące problemu ogrzewania korony nadal pozostają.
„Chociaż te wyniki są krokiem naprzód w kierunku rozwiązania zagadki, strumień energii wychodzący z plam słonecznych może być odpowiedzialny tylko za ogrzewanie tych pętli, które są zakorzenione w plamach słonecznych” – powiedział Kao. Tymczasem istnieją inne obszary wolne od plam słonecznych związane z gorącymi pierścieniami koronalnymi, które wciąż czekają na wyjaśnienie. Oczekujemy, że GST/BBSO będzie nadal dostarczać dowodów obserwacyjnych o najwyższej rozdzielczości, aby odkryć więcej tajemnic naszej gwiazdy”.
Odniesienie: „Oscylacje poprzeczne i źródło energii w silnie namagnesowanej plamie słonecznej” Ding Yuan, Libo Fu, Wenda Cao, Bajij Koma, Michel Gerets i Juan C. Miao, Song Feng, Xishang Feng, Carlos Quintero Noda, Basilio Ruiz Cobo i Jiangtao Su, 25 maja 2023 r., astronomia naturalna.
DOI: 10.1038/s41550-023-01973-3