Waarom is de atmosfeer van de zon honderden keren heter dan het oppervlak?

Het zichtbare oppervlak van de zon, of Fotosfeer, Ongeveer 6000 ° C. Maar een paar duizend kilometer verderop – een kleine afstand als we denken aan de grootte van de zon – de heliosfeer, ook wel De auraHonderden keer heter, bij 1 miljoen graden Celsius of hoger.

Deze temperatuurstijging wordt bij de meeste sterren waargenomen, ondanks de toenemende afstand tot de belangrijkste energiebron van de zon, en vertegenwoordigt Een essentiële puzzel Waar astrofysici al decennia over hebben nagedacht.

In 1942 kwam de Zweedse wetenschapper Hannes Alfvén Stel een toelichting voor. Aangenomen werd dat gemagnetiseerde plasmagolven enorme hoeveelheden energie met zich mee konden dragen Het magnetisch veld van de zon Van het interieur naar de corona, voorbij de fotosfeer voordat hij met hitte explodeerde in de bovenste atmosfeer van de zon.

De theorie is in principe aanvaard, maar we moeten nog bewijzen, in de vorm van een experimentele waarneming, dat deze golven bestaan. Onze recente studie Hij bereikt dit eindelijk door Alvin’s 80 jaar oude theorie te valideren en ons een stap dichter bij het benutten van dit hoogenergetische fenomeen hier op aarde te brengen.

Dringende vragen

De Coronaal verwarmingsprobleem Het werd opgericht sinds het einde van de jaren dertig, toen de Zweedse spectrofotoloog Bengt Edlin en de Duitse astrofysicus Walter Grüterian voor het eerst verschijnselen in de corona van de zon observeerden die alleen konden bestaan ​​als de temperatuur lager was. Een paar miljoen graden Celsius.

Dit vertegenwoordigt temperaturen die tot 1000 keer heter zijn dan de fotosfeer eronder, het oppervlak van de zon dat we vanaf de aarde kunnen zien. Het schatten van de temperatuur van de fotosfeer is altijd relatief eenvoudig geweest: dat hebben we gewoon nodig Lichtmeting Het bereikt ons vanaf de zon en vergelijkt het met spectrummodellen die de temperatuur van de lichtbron voorspellen.

Gedurende vele decennia van onderzoek is de temperatuur van de fotosfeer statisch geschat op ongeveer 6000 ° C. Edlin en Grotrian ontdekken dat de corona van de zon veel heter is dan de fotosfeer – ondanks dat ze verder van De kern van de zon, Zijn ultieme energiebron – heeft veel verbijstering veroorzaakt in de wetenschappelijke gemeenschap.

Wetenschappers keken naar de eigenschappen van de zon om deze ongelijkheid te verklaren. De zon is bijna volledig gemaakt van plasma, een sterk geïoniseerd gas dat een elektrische lading draagt. De beweging van dit plasma in ConvectiezoneHet bovenste deel van het binnenste van de zon – produceert enorme elektrische stromen en Sterke magnetische velden.

Deze velden worden vervolgens door convectie uit het binnenste van de zon getrokken en in een vorm op het zichtbare oppervlak gedrukt Donkere zonnevlekkenDat zijn groepen magnetische velden die een verscheidenheid aan magnetische structuren kunnen vormen in Heliosfeer.

Dit is waar de Alvin-theorie om de hoek komt kijken. Hij concludeerde dat in het gemagnetiseerde plasma van de zon elke massabeweging van elektrisch geladen deeltjes het magnetische veld zou verstoren, waardoor golven zouden ontstaan ​​die enorme hoeveelheden energie over grote afstanden zouden kunnen vervoeren – van het oppervlak van de zon naar de bovenste atmosfeer. Warmte wordt overgedragen langs de zogenaamde Solar magnetische fluxbuizen Voordat het explodeert in de corona, waardoor een hoge temperatuur ontstaat.

Deze magnetische plasmagolven worden nu Alfvén-golven genoemd en hun rol bij het verklaren van coronale opwarming heeft ertoe geleid dat Alfvén een prijs heeft gewonnen. Nobelprijs voor natuurkunde 1970.

Kijk hoe Alvin zwaait

Het probleem van het daadwerkelijk monitoren van deze golven bleef echter bestaan. Er gebeuren zoveel gebeurtenissen aan het oppervlak en in de atmosfeer van de zon – van verschijnselen die vele malen groter zijn dan de aarde tot subtiele veranderingen die minder nauwkeurig zijn dan onze instrumenten – dat direct observationeel bewijs voor Alfvén-golven in de fotosfeer nog nooit eerder is bereikt. .

Maar recente vorderingen in instrumentatie hebben een nieuw venster geopend waarin we heliofysica kunnen bestuderen. Een van deze tools is Spectrofotometer tweedimensionale interferometer (IBIS) spectroscopie voor beeldvorming, geïnstalleerd bij de Den Solar Telescope in New Mexico, VS. Met deze tool konden we meer gedetailleerde waarnemingen en metingen van de zon doen.

In combinatie met goede kijkomstandigheden, geavanceerde computersimulaties en de inspanningen van een internationaal team van zeven wetenschappers En onderzoeksinstellingen, We gebruikten IBIS voor Bevestig ten slotteVoor het eerst werden ffin-golven gevonden in magnetische zonnefluxbuizen.

Nieuwe energiebron

De directe detectie van Alfvén-golven in de heliosfeer is een belangrijke stap om het hoge energiepotentieel hier op aarde te benutten. Ze kunnen ons helpen met uw zoektocht KernfusieBijvoorbeeld een doorlopend proces Binnen in de zon Het gaat om het omzetten van kleine hoeveelheden materie in enorme hoeveelheden energie. Onze huidige kerncentrales worden gebruikt KernsplijtingVolgens critici creëert dit gevaarlijk nucleair afval, vooral in het geval van rampen, waaronder die in Fukushima in 2011.

Creëer schone energie door te herhalen Kernfusie Van de zon op aarde is nog steeds een enorme uitdaging, want we moeten nog snel 100 miljoen graden Celsius genereren om een ​​fusie te laten plaatsvinden. Tweeduizend golven zouden een manier kunnen zijn om dit te doen. Onze toegenomen kennis van de zon laat zien dat het zeker mogelijk is – onder de juiste omstandigheden.

We verwachten binnenkort ook meer zonnedetectie, dankzij nieuwe en baanbrekende missies en tools. Europees Ruimteagentschap Satelliet in een baan om de zon Het is nu in een baan om de zon en levert beelden op en neemt metingen van de onbekende poolgebieden van de ster. Op het droge onthulde hij een nieuwe, hoogwaardige voorstelling Zonnetelescopen Onze waarnemingen van de zon zullen naar verwachting ook vanaf de aarde toenemen.

Met veel van de geheimen van de zon die nog moeten worden ontdekt, inclusief de eigenschappen van de zon magnetisch veldDit is een opwindende tijd voor zonnestudies. Onze ontdekking van de Alfen-golven is slechts één bijdrage aan een breder veld dat probeert de resterende mysteries van de zon te ontrafelen voor praktische toepassingen op aarde.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf Gesprek Onder een Creative Commons-licentie. Lees de Het originele artikel.