Hvis du steker på en gasskomfyr, varmes maten opp raskere når den er nærmere flammen. Men i tilsynelatende trass mot termodynamikk, fungerer det ikke når du snakker om solen. Mens soloverflaten er omtrent 10.000 grader Fahrenheit, kan atmosfæren treffe hele 9 millioner grader i ytterområdene, kalt korona, og forskere har spurt: "Hva er det med det?" i flere tiår.
Relatert innhold
- Hvorfor solen var så stille så lenge
- Ukens bilde - Jern i solens Corona
Nå tror et team på École Polytechnique i Frankrike at de i det minste har en del av svaret. Ved å bruke nye datamaskinmodeller påpeker de at den ultimate kilden til koronas skjærvarme er en "mangroveskog" av magnetisme som ligger rett under overflaten vi ser, kalt fotosfæren.
"Alle vet at energien kommer nedenfra, og vi vet at det er mye energi, " sier studieleder Tahar Amari. Spørsmålet har vært hva som skaper den energien og hvordan den beveger seg fra overflaten til koronaen. Det er her den nye modellen, beskrevet denne uken i Nature, trinn inn.
Solen er for det meste laget av plasma, varm gass laget av atomer som har fått elektronene sine fjernet, noe som skaper en ladning. Når den typen gass roterer, fungerer den som en elektrisk generator eller en dynamo. I den nye modellen skaper solens plasma disse dynamikkene når den svirrer og kurerer. Dynamiene gir igjen magnetfelt som kan lagre energi. Alt dette skjer i de øvre 900 milene til solen - en liten brøkdel av dens radius på 432 000 mil. Dynamiene varer ikke lenge, omtrent åtte minutter i gjennomsnitt, men det er nok til at de noen ganger kan mate større strukturer.
Når de resulterende magnetfeltene vrir seg, snur og krysser hverandre, kan de frigjøre energien sin i et fenomen som kalles gjenoppkobling. Plasser to eller flere felt i nærheten av hverandre, og polene i disse feltene prøver å lage nye magnetfeltlinjer med sine nærmeste naboer, og omorganisere formene til feltene i prosessen. Overflødig energi blir deretter utvist som varme, elektromagnetiske bølger eller kinetisk energi, og som igjen blir pumpet inn i kromosfæren, og laget strekker seg omtrent 1 200 mil fra fotosfæren til et område som går over i korona.
I følge modellen brensler energidumpen utbrudd av plasma ut i kromosfæren, noe som gjør at bølger ligner lydbølger som beveger seg gjennom luften. Disse kalles Alfvén-bølger, etter fysiker Hannes Alfvén, som først foreslo deres eksistens på 1940-tallet. Alfvén-bølgenes energi forsvinner i koronaen, som deretter blir varm nok til å nå de millionene grader vi observerer.
En modell av det komplekse magnetfeltet som spruter ut fra solens overflate fremhever likheten med røttene og grenene til mangrovetrær. (Tahar Amari / Centre de physique théorique.CNRS-Ecole Polytechnique.FRANCE) Amari likner hele systemet med en mangroveskog. Nederst er røttene, som kommer sammen for å danne trestammene. Toppen av trærne er der energien blir avsatt. Han bemerket at for å få den typen koronalvarme vi ser, trenger du omtrent 4500 watt per kvadratmeter fra overflaten, og det er det modellen hans produserer.
Foreløpig er arbeidet bare en datasimulering, og det er ennå ikke en direkte måte å observere hva som skjer, sier Amari. Imidlertid gjør eksisterende indirekte observasjoner av solen hans modell plausibel. For eksempel ser ikke koronaltemperaturen ut til å variere mye med den 11 år lange solflekkesyklusen. "Solflekker er følsomme for syklusen - dette magnetfeltet er det ikke, " sier Amari. Solflekker er magnetiske forstyrrelser forankret dypere i solen, så hvis de to fenomenene ikke er koblet sammen, vil det støtte Amaris modell av en relativt grunne driver for koronal oppvarming.
En annen faktor er oppdagelsen av soltornadoer, som viser at noen fenomener kan transportere energi fra overflaten til kromosfæren og korona, og styrke modellen. I tillegg viser observasjoner av soloverflaten at spektrallinjene til noen elementer er delt opp i to eller flere komponenter, noe som skjer hvis det er et sterkt lokalt magnetfelt som det modellen beskriver.
I fjor foreslo Jeff Brosius, solfysiker ved NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, at ørsmå fakler kalt nanoflares var ansvarlig for koronal oppvarming. Nanoflares er forårsaket av enorme magnetiske felt som går gjennom koronaen. Noen ganger krysser magnetfeltlinjene og skaper nåværende ark som frigjør energi som varme.
Selv om de to versjonene er forskjellige i sin egenart, er de ikke nødvendigvis selvmotsigende. "Mekanismen til nanoflares er et åpent spørsmål, " sier Jim Klimchuk, en forskningsastrofysiker ved Goddard som ikke var involvert i noen av studiene. "Det kan innebære en tilkobling av magnetiske felt i koronaen (den samme prosessen som skaper Amaris miniutbrudd under soloverflaten og som får dem til å deponere mesteparten av sin energi i kromosfæren), eller det kan innebære spredning av bølger som er lansert i koronaen nedenfra. Jeg er sikker på at begge tingene skjer. Det er bare et spørsmål om proporsjoner. "
I følge Klimchuk er den nye modellen et viktig skritt for å forstå dette irriterende solmysteriet. "Så vidt jeg vet, har [dynamos som produserer utbrudd i kromosfæren] ikke blitt sett i andre simuleringer, så det vil være viktig å finne ut detaljene i denne oppførselen og bekrefte at den er riktig, " sier han. "Det kromosfæriske og koronale oppvarmingsproblemet er ikke løst, men disse resultatene kan gi viktige ledetråder for veien fremover."
REDAKTERS MERKNAD: Denne artikkelen er oppdatert for å tydeliggjøre at dynamoer har blitt sett før i solmodeller.
