Koronala slingor, de eleganta och ljusa strukturerna som tränger igenom solytan och in i solatmosfären, är nyckeln till att förstå varför koronaen är så varm. Ja, det är solen, och ja, det är hett, men atmosfären är för varm. Pusslet om varför solkorona är varmare än solens fotosfär har hållit solfysiker upptagen sedan mitten av det tjugonde århundradet, men med hjälp av moderna observatorier och avancerade teoretiska modeller har vi nu en ganska bra idé om vad som orsakar detta. Så är problemet löst? Inte riktigt…
Så varför är solfysikerna så intresserade av solkorona ändå? För att besvara detta kommer jag att ta fram ett utdrag ur min första Space Magazine-artikel någonsin:
…mätningar av koronala partiklar säger oss att solens atmosfär faktiskt är varmare än solens yta. Traditionellt tänkande skulle föreslå att detta är fel; alla typer av fysiska lagar skulle kränkas. Luften runt en glödlampa är inte varmare än själva glödlampan, värmen från ett objekt kommer att minska ju längre bort du mäter temperaturen (uppenbar verkligen). Om du är förkylt flyttar du inte bort från elden, närmar dig det! - från "Hinode upptäcker Sun's Hidden Sparkle", Space Magazine, 21 december 2007
Detta är inte bara en akademisk nyfikenhet. Rymdväder kommer från den nedre solkoronen; att förstå mekanismerna bakom koronaluppvärmning har stora konsekvenser för att förutsäga energiska (och skadliga) solbrännor och förutsäga interplanetära förhållanden.
Så problemet med koronaluppvärmning är en intressant fråga och solfysiker är heta på spåret för svaret på varför koronaen är så varm. Magnetiska koronala slingor är centrala för detta fenomen; de ligger vid solatmosfären och upplever snabb uppvärmning med en temperaturgradient från tiotusentals Kelvin (i kromosfären) till tiotals miljoner Kelvin (i koronaen) på mycket kort avstånd. Temperaturgradienten verkar över en tunn övergångsregion (TR), som varierar i tjocklek, men kan bara vara några hundra kilometer tjock på platser.
Dessa ljusa slingor med varm solplasma kan vara lätta att se, men det finns många skillnader mellan observationen av korona och koronalteorin. Mekanismen (erna) som ansvarar för att värma upp slingorna har visat sig vara svåra att klämma fast, särskilt när man försöker förstå dynamiken i ”mellanliggande temperatur” (a.a. ”varma”) koronala slingor med plasma uppvärmd till cirka en miljon Kelvin. Vi närmar oss att lösa detta pussel som kommer att hjälpa rymdväderprognoser från solen till jorden, men vi måste ta reda på varför teorin inte är densamma som vad vi ser.
Solfysiker har varit delade om detta ämne under en tid. Uppvärms koronalslingplasma genom intermittenta magnetiska återanslutningshändelser i hela koronalslingans längd? Eller värms de upp av någon annan stadig uppvärmning mycket låg i korona? Eller är det lite av båda?
Jag tillbringade faktiskt fyra år med att brottas med den här frågan medan jag arbetade med Solar Group vid University of Wales, Aberystwyth, men jag var på sidan av ”stadig uppvärmning”. Det finns flera möjligheter när man överväger mekanismerna bakom ständig koronalvärme, mitt specifika studieområde var Alfvévågsproduktion och vågpartikelinteraktioner (skamlös självpromotering ... min avhandling från 2006: Roliga koronala slingor uppvärmda med turbulens, bara om du har en extra, tråkig helg framför dig).
James Klimchuk från Goddard Space Flight Center: s solfysiklaboratorium i Greenbelt, Md., Tar en annan åsikt och gynnar den nanoflare, impulsiva uppvärmningsmekanismen, men han är mycket medveten om att andra faktorer kan komma in i spelet:
“Under de senaste åren har det visat sig att koronaluppvärmning är en mycket dynamisk process, men inkonsekvenser mellan observationer och teoretiska modeller har varit en viktig källa till halsbränna. Vi har nu upptäckt två möjliga lösningar på detta dilemma: energi frigörs impulsivt med rätt blandning av partikelacceleration och direkt uppvärmning, eller energi frigörs gradvis mycket nära solytan.”- James Klimchuk
Nanoflares förutspås upprätthålla varma koronalslingor på deras ganska stadiga 1 miljon Kelvin. Vi vet att slingorna är denna temperatur eftersom de avger strålning i de extrema ultravioletta (EUV) våglängderna, och en mängd observatorier har byggts eller skickats ut i rymden med instrument som är känsliga för denna våglängd. Rymdbaserade instrument som EUV Imaging Telescope (EIT; ombord på NASA / ESA) Solar and Heliospheric Observatory), NASA: s Övergångsregion och Coronal Explorer (SPÅR), och den nyligen operativa japanska Hinode uppdraget har alla haft sina framgångar, men många genombrott i koronalslingor inträffade efter lanseringen av SPÅR tillbaka 1998. Nanoflares är mycket svåra att observera direkt eftersom de förekommer över rymdvågen så små att de inte kan lösas med den nuvarande instrumenteringen. Men vi är nära, och det finns ett spår av koronala bevis som pekar på dessa energiska händelser.
“Nanoflares kan frigöra sin energi på olika sätt, inklusive acceleration av partiklar, och vi förstår nu att rätt blandning av partikelacceleration och direkt uppvärmning är ett sätt att förklara observationerna.”- Klimchuk.
Långsamt men säkert samlas teoretiska modeller och observationer, och det verkar som att efter 60 års försök är solfysiker nära att förstå värmekanismerna bakom koronaen. Genom att titta på hur nanoflares och andra uppvärmningsmekanismer kan påverka varandra är det mycket troligt att mer än en koronal uppvärmningsmekanism spelas ...
Åt sidan: Av intresse kommer nanoflares att förekomma i valfri höjd längs koronalslingan. Även om de kan kallas nanoflaresEnligt jordens standarder är de enorma explosioner. Nanoflares släpper en energi på 1024-1026 erg (det är 1017-1019 Joule). Detta motsvarar cirka 1.600 till 160.000 atombomber i Hiroshima-storlek (med en explosiv energi på 15 kilotonn), så det finns ingenting nano om dessa koronala explosioner! Men jämförelsen med de vanliga röntgenstrålningssignalerna genererar solen då och då med en total energi på 6 × 1025 Joules (över 100 miljarder atombomber), kan du se hur nanoblossar får sitt namn ...
Ursprungskälla: NASA
