Hvis du laver mad på en gasovn, opvarmes maden hurtigere, når det er tættere på flammen. Men i tilsyneladende modstrid med termodynamik fungerer det ikke, når du taler om solen. Mens soloverfladen er omkring 10.000 grader Fahrenheit, kan atmosfæren ramme hele 9 millioner grader i dens ydre rækkevidde, kaldet koronaen, og forskere har spurgt: "Hvad er der med det?" i årtier.
Relateret indhold
- Hvorfor solen var så stille så længe
- Ugens billede - Jern i solens Corona
Nu mener et hold på École Polytechnique i Frankrig, at de i det mindste har en del af svaret. Ved hjælp af nye computermodeller hævder de, at den ultimative kilde til koronas svævende varme er en "mangroveskov" af magnetisme, der ligger lige under overfladen, vi ser, kaldet fotosfæren.
"Alle ved, at energien kommer nedenfra, og vi ved, at det er meget energi, " siger studieleder Tahar Amari. Spørgsmålet har været, hvad der skaber den energi, og hvordan den bevæger sig fra overfladen til koronaen. Det er her den nye model, der er beskrevet i denne uge i Nature, trin ind.
Solen er for det meste lavet af plasma, varm gas lavet af atomer, der har fået deres elektroner fjernet, hvilket skaber en ladning. Når den slags gas roterer, fungerer den som en elektrisk generator eller en dynamo. I den nye model skaber solens plasma disse dynamos, når det brøl og svøber. Dynamerne genererer igen magnetiske felter, der kan lagre energi. Alt dette forekommer i de øverste 900 miles af solen - en lille brøkdel af dens 432.000 mil radius. Dynamos varer ikke længe, cirka otte minutter i gennemsnit, men det er nok, at de undertiden kan fodre større strukturer.
Når de resulterende magnetfelter vrider sig, drejer og krydser hinanden, kan de frigive deres energi i et fænomen kaldet genforbindelse. Sæt to eller flere felter i nærheden af hinanden, og polerne i disse felter forsøger at skabe nye magnetfeltlinjer med deres nærmeste naboer og omarrangere formene på felterne i processen. Overskydende energi udsættes derefter som varme, elektromagnetiske bølger eller kinetisk energi, og det bliver igen pumpet ind i kromosfæren, hvilket lag strækker sig ca. 1.200 mil fra fotosfæren til et område, der overgår til koronaen.
I henhold til modellen brænder energidumpen med udbrud af plasma i kromosfæren, hvilket gør bølger beslægtede med lydbølger, der bevæger sig gennem luften. Disse kaldes Alfvén-bølger efter fysiker Hannes Alfvén, der først foreslog deres eksistens i 1940'erne. Alfvén-bølgenes energi spredes i koronaen, som derefter bliver varm nok til at nå de millioner af grader, vi observerer.
En model af det komplekse magnetiske felt, der spirer fra solens overflade, fremhæver ligheden med rødder og grene af mangrovetræer. (Tahar Amari / Centre de physique théorique.CNRS-Ecole Polytechnique.FRANCE) Amari sammenligner hele systemet med en mangroveskov. I bunden er rødderne, der samles for at danne træer. På toppen af træerne er det, hvor energien afsættes. Han bemærkede, at for at få den slags koronale opvarmning, vi ser, har du brug for ca. 4500 watt pr. Kvadratmeter fra overfladen, og det er, hvad hans model producerer.
For tiden er arbejdet kun en computersimulering, og der er endnu ikke en direkte måde at observere, hvad der sker, siger Amari. Imidlertid gør eksisterende indirekte observationer af solen hans model plausibel. For eksempel ser det ud til, at koronaltemperaturen ikke varierer meget med den 11-årige solflekkecyklus. "Solflekker er følsomme over for cyklussen - dette magnetfelt er det ikke, " siger Amari. Solflekker er magnetiske forstyrrelser, der er rodet dybere i solen, så hvis de to fænomener ikke er forbundet, ville det understøtte Amaris model af en relativt lav driver til koronal opvarmning.
En anden faktor er opdagelsen af soltornadoer, der viser, at nogle fænomener kan transportere energi fra overfladen til kromosfæren og korona, hvilket styrker modellen. Derudover viser observationer af soloverfladen, at spektrallinierne for nogle elementer er opdelt i to eller flere komponenter, hvilket sker, hvis der er et stærkt lokalt magnetfelt som det, modellen beskriver.
Sidste år foreslog Jeff Brosius, en solfysiker ved NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, at små fakler kaldet nanoflares var ansvarlige for koronal opvarmning. Nanoflares er forårsaget af enorme magnetiske felter, der løber gennem koronaen. Magnetfeltlinjerne krydser undertiden, hvilket skaber aktuelle ark, der frigiver energi som varme.
Mens de to versioner adskiller sig i deres detaljer, er de ikke nødvendigvis selvmodsigende. "Mekanismen for nanoflares er et åbent spørgsmål, " siger Jim Klimchuk, en forskningsastrofysiker hos Goddard, som ikke var involveret i nogen af undersøgelserne. "Det kan involvere genforbindelse af magnetiske felter i koronaen (den samme proces, der skaber Amaris mini-udbrud under soloverfladen, og som får dem til at deponere det meste af deres energi i kromosfæren), eller det kan involvere spredning af bølger, der er lanceret i koronaen nedenfra. Jeg er sikker på, at begge ting sker. Det er bare et spørgsmål om proportioner. "
Ifølge Klimchuk er den nye model et vigtigt skridt i forståelsen af dette irriterende sol mysterium. "Så vidt jeg ved, er [dynamoen, der producerer udbrud i kromosfæren] ikke set i andre simuleringer, så det vil være vigtigt at udarbejde detaljerne i denne opførsel og kontrollere, at den er korrekt, " siger han. "Det kromosfæriske og koronale opvarmningsproblem er ikke løst, men disse resultater kan muligvis give vigtige spor til vejen frem."
REDAKTORENS BEMÆRK: Denne artikel er blevet opdateret for at tydeliggøre, at der tidligere er set dynamoer i solmodeller.
