Jeśli gotujesz na kuchence gazowej, jedzenie nagrzewa się szybciej, gdy jest bliżej ognia. Ale pozornie wbrew termodynamice, to nie działa, gdy mówisz o słońcu. Podczas gdy powierzchnia Słońca wynosi około 10 000 stopni Fahrenheita, atmosfera może osiągnąć nawet 9 milionów stopni w jej zewnętrznych obszarach, zwanych koronami, a naukowcy pytają: „Co jest z tym?” przez dekady.
powiązana zawartość
- Dlaczego słońce było tak ciche przez tak długi czas?
- Zdjęcie tygodnia - Żelazo w koronie słonecznej
Teraz zespół z École Polytechnique we Francji uważa, że ma przynajmniej część odpowiedzi. Korzystając z nowych modeli komputerowych, twierdzą, że ostatecznym źródłem palącego ciepła korony jest „namorzynowy las” magnetyzmu, który leży tuż pod powierzchnią, którą widzimy, zwaną fotosferą.
„Wszyscy wiedzą, że energia pochodzi z dołu, i wiemy, że to dużo energii”, mówi lider badań Tahar Amari. Pytanie brzmi: co wytwarza tę energię i jak przemieszcza się z powierzchni do korony. Właśnie tam wkracza nowy model, opisany w tym tygodniu w Nature .
Słońce składa się głównie z plazmy, gorącego gazu złożonego z atomów, które zostały pozbawione elektronów, tworząc ładunek. Gdy tego rodzaju gaz się obraca, działa jak generator elektryczny lub dynamo. W nowym modelu plazma słoneczna wytwarza te dynama, gdy wiruje i chrupie. Z kolei dynama generują pola magnetyczne, które mogą magazynować energię. Wszystko to dzieje się w górnych 900 milach Słońca - niewielkim ułamku jego promienia 432, 000 mil. Dynamo nie trwa długo, średnio około ośmiu minut, ale wystarczy, że czasami mogą zasilać większe struktury.
Kiedy powstałe pola magnetyczne skręcają się, obracają i krzyżują, mogą uwolnić swoją energię w zjawisku zwanym ponownym połączeniem. Umieść dwa lub więcej pól blisko siebie, a bieguny tych pól będą próbować tworzyć nowe linie pola magnetycznego z najbliższymi sąsiadami, zmieniając w ten sposób kształty pól. Nadmiar energii zostaje następnie wydalony w postaci ciepła, fal elektromagnetycznych lub energii kinetycznej, a ta z kolei zostaje pompowana do chromosfery, warstwy rozciągającej się około 1200 mil od fotosfery do regionu, który przechodzi w koronę.
Według modelu zrzut energii powoduje wybuchy plazmy w chromosferze, które sprawiają, że fale są podobne do fal dźwiękowych poruszających się w powietrzu. Nazywa się je falami Alfvena, od fizyka Hannesa Alfvéna, który po raz pierwszy zaproponował ich istnienie w latach 40. Energia fal Alfvéna rozprasza się w koronie, która następnie staje się wystarczająco gorąca, aby osiągnąć miliony obserwowanych stopni.
Model złożonego pola magnetycznego wyrastającego z powierzchni Słońca podkreśla podobieństwo do korzeni i gałęzi drzew namorzynowych. (Tahar Amari / Centre de physique théorique.CNRS-Ecole Polytechnique.FRANCE) Amari porównuje cały system do lasu namorzynowego. Na dole znajdują się korzenie, które łączą się, tworząc pnie drzew. Wierzchołek drzew jest tam, gdzie gromadzi się energia. Zauważył, że aby uzyskać rodzaj grzania koronowego, jaki widzimy, potrzebujesz około 4500 W na metr kwadratowy od powierzchni, i to właśnie wytwarza jego model.
Na razie praca jest tylko symulacją komputerową i nie ma jeszcze bezpośredniego sposobu na obserwowanie, co się dzieje, mówi Amari. Jednak istniejące pośrednie obserwacje Słońca sprawiają, że jego model jest wiarygodny. Na przykład temperatura koronalna nie wydaje się bardzo zmieniać wraz z 11-letnim cyklem plam słonecznych. „Plamy słoneczne są wrażliwe na cykl - to pole magnetyczne nie jest, ” mówi Amari. Plamy słoneczne to zakłócenia magnetyczne zakorzenione głębiej w słońcu, więc jeśli te dwa zjawiska nie zostaną ze sobą powiązane, wspierałby to model Amariego stosunkowo płytkiego sterownika do ogrzewania koronowego.
Kolejnym czynnikiem jest odkrycie słonecznych tornad, które pokazują, że niektóre zjawiska mogą przenosić energię z powierzchni do chromosfery i korony, wzmacniając model. Ponadto obserwacje powierzchni Słońca pokazują, że linie widmowe niektórych pierwiastków są podzielone na dwa lub więcej składników, co dzieje się, gdy występuje silne lokalne pole magnetyczne, takie jak opisywane przez model.
W zeszłym roku Jeff Brosius, fizyk słoneczny z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland, zaproponował, że za nagrzewanie koronalne odpowiedzialne są niewielkie rozbłyski zwane nanoparami. Nanopary są wywoływane przez ogromne pola magnetyczne, które przepływają przez koronę. Linie pola magnetycznego czasami krzyżują się, tworząc bieżące arkusze, które uwalniają energię w postaci ciepła.
Chociaż obie wersje różnią się specyfiką, niekoniecznie są ze sobą sprzeczne. „Mechanizm nanoparów jest pytaniem otwartym” - mówi Jim Klimchuk, astrofizyk z badań w Goddard, który nie brał udziału w żadnym badaniu. „Może to obejmować ponowne połączenie pól magnetycznych w koronie (ten sam proces, który powoduje mini-erupcje Amari pod powierzchnią Słońca i powoduje, że gromadzą one większość swojej energii w chromosferze), lub może obejmować rozproszenie fal, które są wystrzelił w koronę od dołu. Jestem pewien, że obie rzeczy się dzieją. To tylko kwestia proporcji. ”
Według Klimczuka nowy model jest ważnym krokiem w zrozumieniu tej dokuczliwej tajemnicy Słońca. „Według mojej wiedzy [dynamo powodujące wybuchy w chromosferze] nie było widziane w innych symulacjach, dlatego ważne będzie wypracowanie szczegółów tego zachowania i sprawdzenie, czy jest ono prawidłowe” - mówi. „Problem ogrzewania chromosferycznego i koronalnego nie został rozwiązany, ale wyniki te mogą dostarczyć ważnych wskazówek co do drogi naprzód”.
UWAGA REDAKTORA: Ten artykuł został zaktualizowany, aby wyjaśnić, że dynama była wcześniej widziana w modelach słonecznych.
