NASA -sonde finder nanoflarer og plasma 'bomber' på solen

De første resultater fra et nyt NASA-solstudierende rumfartøj er i, og de afslører et komplekst og spændende billede af Jordens stjerne.



NASA'er Interface Region Imaging Spectrograph sonde (IRIS) har observeret 'bomber' af plasma på solen, nanoflarer, der hurtigt accelererer partikler, og kraftige jetfly, der kan drive solvinden, blandt andre fænomener, rapporterer fem nye undersøgelser.

Mens rumfartøjer kan komme ind i planetarisk atmosfære, kan de ikke flyve gennem solens ydre atmosfære, hvor temperaturen når 3,5 millioner grader Fahrenheit (2 millioner grader Celsius). Prober som IRIS skal i stedet studere stjernen fra en sikker afstand. I modsætning til tidligere instrumenter kan IRIS tage langt mere detaljerede observationer af solen og fange observationer af regioner, der kun er omkring 240 kilometer brede på en tidsskala på kun få sekunder. [ Se billeder fra IRIS ]

'Kombinationen af ​​forbedret rumlig og spektral opløsning, [som er] begge tre til fire gange bedre end tidligere instrumenter, giver et langt nærmere kig [på solens atmosfære],' Hardi Peter fra Max Planck Institute for Solar System Research i Tyskland fortalte demokratija.eu via e -mail. Peter var hovedforfatter på en undersøgelse af varme plasmabomber på solen.



Det færdige IRIS -observatorium med solcelleanlæg ødelagt før opsendelsen.

Det færdige IRIS -observatorium med solcelleanlæg ødelagt før opsendelsen.(Billedkredit: NASA)

Nanoflare acceleration



Solens overflade eller fotosfære er det område, der er synligt for menneskelige øjne. Over fotosfæren ligger de varmere kromosfærer og overgangsområder, der udsender ultraviolet lys, der kun kan observeres fra rummet. Det skyldes, at Jordens atmosfære absorberer det meste af denne stråling, før den når landbaserede instrumenter. Den ydre del af solatmosfære kaldes corona.

Mens meget af solens energi genereres i dets kerne gennem brintfusion, stiger temperaturen i de ydre lag, der bevæger sig længere væk fra varmekilden. Det betyder, at der er noget, der driver den ydre region, og forskere tror, ​​at magnetfelterne, der genereres af det solskydende plasma, giver mindst en del af svaret.

I nye aktive regioner stiger magnetfelter gennem overfladen ind i den øvre atmosfære, som en snor trukket opad. Når energien fra feltlinjerne bliver for stor, snapper de, kobler fra hinanden og genopretter forbindelse med andre brudte feltlinjer i en proces kendt som magnetisk genforbindelse.



Paola Testa, fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, ledede et team, der brugte IRIS til at studere fodsporene på disse sløjfer, hvor han fandt ud af, at intensiteten ændrede sig over et spænd på 20 til 60 sekunder. Ved at undersøge mulige årsager fastslog Testa, at variationerne var i overensstemmelse med simuleringer af elektroner genereret fra koronale nanoflarer.

'Nanoflarer er korte opvarmningsbegivenheder, der frigiver energimængder, der er omkring en milliard gange mindre end store blusser,' sagde Testa.

Ultraviolet billede af et aktivt område på solen, der viser plasma ved temperaturer på 140.000 grader. Dette billede blev taget af NASA

Ultraviolet billede af et aktivt område på solen, der viser plasma ved temperaturer på 140.000 grader. Dette billede blev taget af NASAs IRIS -rumfartøj den 6. december 2013.(Billedkredit: IRIS: LMSAL, NASA. Hilsen Bart De Pontieu, Lockheed Martin Solar & Astrophysics Laboratory)

Selvom de er mindre end deres større fætre, forekommer nanoflarer hyppigere, sandsynligvis på grund af magnetisk genforbindelse. Energi frigivet under magnetisk genforbindelse accelererer nogle partikler til høje energier, hvor de udsendes som radiobølger og de højeste energirøntgenstråler. Forskere har observeret disse signaler i mellemstore og store blusser, men for nanoflarer er de hurtigt bevægelige elektroner for svage til at opdage direkte ved hjælp af nuværende instrumentering.

'Derfor er vores observationer i det ultraviolette særligt interessante,' sagde Testa. 'De giver en alternativ måde at studere disse accelererede partikler på, selvom de ikke direkte observerer dem.'

Varme bomber i kølige områder

I den køligere fotosfære af solen, hvor temperaturerne når cirka 10.000 grader F (5.500 grader C), konverterer magnetfelterne en enorm mængde energi fra den magnetiske energi, der er lagret i feltet, til termisk energi og opvarmer plasmaet. Ifølge Peter ville mængden af ​​frigivet energi være nok til at levere elektrisk strøm til Tyskland i 8.000 år. Ændringen skaber en lomme med gas opvarmet til 180.000 grader F (100.000 grader C) midt i det køligere overfladeregion.

Disse lommer eller 'bomber' skubber plasma ud. Opadgående materiale spredes sandsynligvis i den varme corona, sagde Peter, mens det nedadgående plasma hurtigt afkøles for at nå det samme materiale som resten af ​​fotosfæren og blander sig ind i det omgivende materiale.

Tidligere fandt forskere ingen tegn på, at energifrigivende begivenheder i fotosfæren ville resultere i høje temperaturstigninger i lommer i fotosfæren. Den energiproduktion, der kræves til opvarmning af den tætte gas, menes at være for høj til at kunne opnås. [ Sådan fungerer IRIS -satellitten (infografik) ]

'Med disse nye resultater, der viser eksistensen af ​​varme lommer i kølig gas, er vi nødt til enten at revidere mængden af ​​energi, der kan tilføres dybt i fotosfæren, eller vi skal tænke på en smart, men ukendt mekanisme til at opvarme den kølige, tæt gas hurtigt til disse høje temperaturer, 'sagde Peter.

Gør twist

Udover at afbryde og tilslutte, vrider magnetfelterne på solen også. Når de snoede feltlinjer bevæger sig væk fra overfladen med 30 til 100 km pr. Sekund, lyser de nærliggende overgangsområder op til temperaturer på op til 144.000 grader F (80.000 C), langt over kromosfærens gennemsnitstemperatur på 7.800 grader F (4.000 grader C).

IRIS detaljerede undersøgelse af solen afslørede, at vendingerne er langt mere udbredt end foreslået af tidligere undersøgelser. Disse vendinger forekommer i alle magnetiske områder, både stille og aktive. Observationer af vendinger blev foretaget ved IRIS 'maksimale opløsning, men andre uløste småskala bevægelser i observationerne syntes at indikere tilstedeværelsen af ​​endnu mindre vendinger i feltlinjerne.

Selvom de nuværende data ikke tillader forskerne at bestemme årsagen til vendingerne, sagde IRIS videnskabelig leder og første forfatter Bart De Pontieu fra Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory, at vridningen sandsynligvis er en signatur af de såkaldte Alfven-bølger . Disse 'magnetiske bølger er ikke ulige de bølger, der genereres efter at have plukket en guitarstreng,' sagde han. Kilden til disse bølger er også stadig ukendt.

Dette billede, taget af NASA

En anden potentiel kilde kan være de stærke konvektive eller 'kogende' bevægelser på solens overflade.

'Numeriske simuleringer af solkonvektionen tyder på, at vridnings [vridnings] bevægelser kan genereres, ligesom når du dræner et badekar, og du ser hvirvlende bevægelser, når vandet løber ud,' sagde De Pontieu.

Forskere har flere hypoteser om, hvordan solatmosfæren opvarmes, og De Pontieu sagde, at de nye observationer giver begrænsninger for disse teorier.

'Især giver de støtte til modeller, hvor Alfven -bølger laver meget af de tunge løft i solatmosfæren,' sagde han.

Afgør debatten

I sit første frigivne billede af solen fik IRIS udsigt til solens atmosfære.

I sit første frigivne billede af solen fik IRIS udsigt til solens atmosfære.(Billedkredit: NASA)

Som den nærmeste og klareste stjerne er solen blevet undersøgt gennem historien. Baseret på indirekte beviser fra Skylab og andre missioner i 1970'erne og 1980'erne foreslog astronom Uri Feldman fra Naval Research Laboratory eksistensen af ​​'uløste fine strukturer' (UFS), en vigtig solatmosfærisk komponent i overgangsområdet mellem kromosfæren og corona. Ved hjælp af IRIS's instrumenter fastslog et team ledet af Viggo Hansteen, fra University of Oslo i Norge, at en række lavtliggende magnetiske sløjfer udgør disse UFS og afvikler en årtiers lang debat om deres eksistens.

Magnetfelternes sløjfer lyser i korte tidsrum, måske et minut, når plasmaet i sløjferne opvarmes, enten på grund af magnetisk genforbindelse eller spredning af Alfven -bølger. Under magnetisk genforbindelse accelereres plasma til 2 til 3 gange lydens hastighed. Nogle gange dannes sløjferne isoleret; andre gange er de koncentreret i en rede af sløjfer.

Debatten om sløjfernes eksistens stammede til dels fra spørgsmål om plasmaet; forskere stillede spørgsmålstegn ved, om alt plasma i overgangsregionen var termisk forbundet med krone . Tilstedeværelsen af ​​de lavtliggende sløjfer i overgangsregionen bekræfter, at plasma, der når temperaturer på 180.000 grader F (100.000 grader C), opvarmes af sløjferne frem for corona.

Selvom sløjferne ikke selv opvarmer corona, sagde Hansteen, at de sandsynligvis er opvarmet med den samme mekanisme, dog med en anden reaktion på grund af deres højere tæthed.

'Det er sandsynligt, at disse forskelle vil give os mulighed for mere klart at fokusere på selve de ukendte opvarmningshændelser,' sagde Hansteen. [ NASAs IRIS, den seneste mission til solen (Video )]]

Drift af solvinden

Det solvind driver partikler og plasma fra solen gennem solsystemet. Når partiklerne kolliderer med Jordens magnetfelt, producerer de smukke auroras og har potentiale til at forstyrre satellitter og kommunikationssystemer. Men kilden til solvinden forbliver et mysterium.

Den hurtigt bevægelige solvind bevæger sig hundredvis af kilometer i sekundet og bærer materialer med lav densitet. Tidligere instrumenter manglede evnen til at studere de små regioner, der menes at være ansvarlige for vinden med den præcision, der er nødvendig for at forstå den.

Forskere formoder, at solvinden stammer fra de lyse netværksstrukturer på solen, der fremstår som lyse baner, der omslutter mørke celler. Disse baner flyder udad fra solen, tragt af den magnetiske struktur, og smelter til sidst sammen til en enkelt solvindstrøm, der flyder støt fra solen.

Et team ledet af Hui Tian, ​​fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, identificerede højhastighedsintermitterende jetfly i, hvad forskere mener er solvindens kildeområde, hvilket gør disse jetfly sandsynligvis kandidater til den indledende fase af solvinden. I stedet for at producere en jævn udstrømning er jetflyene sporadiske og accelererer partikler til hastigheder på op til 155 miles i sekundet (250 km/s).

'Hvis disse jetfly virkelig er den spirende solvind, skal solvindmodeller opdateres for at producere disse periodiske, hurtige og små udstrømninger i grænsefladeområdet,' sagde Tian.

'Hvis svaret er nej, bør i hvert fald disse jetflys indvirkning på den stadig ikke observerede spirende solvindudstrømning evalueres omhyggeligt, fordi disse stråler er det mest fremtrædende dynamiske træk i den formodede solvindkildeområde,' sagde han .

Alle fem papirer sammen med et perspektivstykke af Louise Harra fra University College London blev offentliggjort online i dag (16. oktober) i tidsskriftet Videnskab .

Følg os @Spacedotcom , Facebook og Google+ . Original artikel om demokratija.eu .