Pętle koronalne, eleganckie i jasne struktury przebijające się przez powierzchnię słoneczną do atmosfery słonecznej, są kluczem do zrozumienia, dlaczego korona jest tak gorąca. Tak, to jest Słońce i tak, jest gorąco, ale jego atmosfera jest też gorąco. Zagadka, dlaczego korona słoneczna jest cieplejsza niż fotosfera Słońca, zajęła fizyków słonecznych od połowy XX wieku, ale przy pomocy nowoczesnych obserwatoriów i zaawansowanych modeli teoretycznych mamy teraz całkiem niezłe pojęcie, co to powoduje. Więc czy problem został rozwiązany? Nie do końca…
Dlaczego więc fizycy słoneczni są tak zainteresowani koroną słoneczną? Aby odpowiedzieć na to pytanie, wyciągnę fragment mojego pierwszego w historii artykułu w Space Magazine:
…pomiary cząstek koronalnych mówią nam, że atmosfera Słońca jest w rzeczywistości cieplejsza niż powierzchnia Słońca. Tradycyjne myślenie sugerowałoby, że to jest złe; wszelkiego rodzaju prawa fizyczne zostałyby naruszone. Powietrze wokół żarówki nie jest cieplejsze niż sama żarówka, ciepło z obiektu będzie się zmniejszać w miarę dalszego pomiaru temperatury (oczywiście tak naprawdę). Jeśli jest ci zimno, nie odsuwasz się od ognia, zbliżasz się do niego! - z „Hinode odkrywa ukryty blask słońca”, Space Magazine, 21 grudnia 2007 r
To nie tylko akademicka ciekawość. Pogoda kosmiczna pochodzi z dolnej korony słonecznej; zrozumienie mechanizmów stojących za ogrzewaniem koronalnym ma szerokie implikacje dla przewidywania energetycznych (i niszczących) rozbłysków słonecznych i prognozowania warunków międzyplanetarnych.
Problem ogrzewania koronowego jest więc interesującym zagadnieniem, a fizycy słoneczni są bardzo zainteresowani odpowiedzią na pytanie, dlaczego korona jest tak gorąca. Magnetyczne pętle koronalne są kluczowe dla tego zjawiska; znajdują się u podstawy atmosfery słonecznej i doświadczają szybkiego nagrzewania z gradientem temperatury od dziesiątek tysięcy kelwinów (w chromosferze) do dziesiątek milionów kelwinów (w koronie) na bardzo małej odległości. Gradient temperatury działa w cienkim obszarze przejściowym (TR), który ma różną grubość, ale miejscami może mieć tylko kilkaset kilometrów grubości.
Te jasne pętle gorącej plazmy słonecznej mogą być dobrze widoczne, ale istnieje wiele rozbieżności między obserwacją koronacji a teorią koronacji. Mechanizm (y) odpowiedzialne za ogrzewanie pętli okazały się trudne do ustalenia, szczególnie podczas próby zrozumienia dynamiki „temperatur pośrednich” (np. „Ciepłych”) koronalnych pętli z plazmą podgrzaną do około miliona Kelwinów. Zbliżamy się do rozwiązania tej zagadki, która pomoże przewidywać pogodę kosmiczną od Słońca do Ziemi, ale musimy dowiedzieć się, dlaczego teoria nie jest taka sama, jak to, co widzimy.
Od pewnego czasu fizycy słoneczni są podzieleni na ten temat. Czy plazma koronowa w pętli jest ogrzewana w wyniku przerywanych zjawisk ponownego połączenia magnetycznego na całej długości pętli koronalnej? A może są ogrzewane przez inne stałe ogrzewanie bardzo nisko w koronie? A może to jedno i drugie?
Właściwie spędziłem cztery lata zmagając się z tym problemem, pracując z Solar Group na University of Wales w Aberystwyth, ale byłem po stronie „stałego ogrzewania”. Biorąc pod uwagę mechanizmy stałego ogrzewania koronowego, istnieje kilka możliwości, moim szczególnym obszarem badań była produkcja fal Alfvéna i interakcje fala-cząstka (bezwstydna autopromocja… moja teza z 2006 roku: Uspokajające się pętle koronalne ogrzewane przez turbulencje, na wypadek, gdybyś miał przed sobą wolny, nudny weekend).
James Klimchuk z Goddard Space Flight Center z Laboratorium Fizyki Słonecznej w Greenbelt w stanie Massachusetts ma inne zdanie i opowiada się za nanoflare, impulsowym mechanizmem grzewczym, ale zdaje sobie sprawę, że mogą mieć zastosowanie inne czynniki:
“W ostatnich latach stało się jasne, że grzanie koronowe jest procesem bardzo dynamicznym, ale niespójność między obserwacjami a modelami teoretycznymi była głównym źródłem zgagi. Odkryliśmy teraz dwa możliwe rozwiązania tego dylematu: energia jest uwalniana impulsowo z odpowiednią mieszanką przyspieszenia cząstek i bezpośredniego ogrzewania lub energia jest uwalniana stopniowo bardzo blisko powierzchni Słońca.”- James Klimchuk
Przewiduje się, że nanoflaresy utrzymają ciepłe pętle koronalne na swoim niezmiennie 1 milionie Kelwinów. Wiemy, że pętle mają tę temperaturę, ponieważ emitują promieniowanie w ekstremalnych długościach fal ultrafioletowych (EUV), a wiele obserwatoriów zostało zbudowanych lub wysłanych w przestrzeń kosmiczną za pomocą instrumentów wrażliwych na tę długość fali. Instrumenty kosmiczne, takie jak EUV Imaging Telescope (EIT; na pokładzie NASA / ESA) Obserwatorium słoneczne i heliosferyczne), NASA Region przejściowy i Eksplorator koronalny (ŚLAD) oraz niedawno działający język japoński Hinode wszystkie misje zakończyły się sukcesem, ale po premierze nastąpiło wiele przełomów w koronach ŚLAD jeszcze w 1998 roku. Nanorowce są bardzo trudne do zaobserwowania bezpośrednio, ponieważ występują na tak małych skalach przestrzennych, że nie można ich rozwiązać za pomocą obecnego oprzyrządowania. Jesteśmy jednak blisko i istnieje ślad dowodów koronalnych wskazujących na te energetyczne wydarzenia.
“Nanorowce mogą uwalniać swoją energię na różne sposoby, w tym przyspieszanie cząstek, i teraz rozumiemy, że odpowiednia mieszanka przyspieszenia cząstek i bezpośredniego ogrzewania jest jednym ze sposobów wyjaśnienia obserwacji.”- Klimchuk.
Powoli, ale pewnie, modele teoretyczne i obserwacje zbliżają się do siebie i wydaje się, że po 60 latach prób fizycy słoneczni są bliscy zrozumienia mechanizmów grzewczych za koroną. Patrząc na to, w jaki sposób nanopary i inne mechanizmy grzewcze mogą na siebie wpływać, bardzo prawdopodobne jest, że w grę wchodzi więcej niż jeden mechanizm ogrzewania koronowego…
Na bok: Poza zainteresowaniem nanopary pojawią się na dowolnej wysokości wzdłuż pętli koronalnej. Chociaż można je nazwać nanoparywedług ziemskich standardów są to ogromne eksplozje. Nanopary uwalniają energię 1024-1026 erg (czyli 1017-1019 Dżule). Jest to odpowiednik około 1600 do 160 000 bomb atomowych wielkości Hiroszimy (o energii wybuchowej 15 kiloton), więc nic nie ma nano o tych koronalnych eksplozjach! Ale w porównaniu ze standardowymi rozbłyskami rentgenowskimi Słońce generuje od czasu do czasu o całkowitej energii 6 × 1025 Dżule (ponad 100 miliardów bomb atomowych), możesz zobaczyć, jak to zrobić nanoflary mają swoją nazwę…
Oryginalne źródło: NASA
