En kosmisk innretting og litt «gymnastikk» av romfartøy har gitt en banebrytende måling som er med på å løse et 65 år gammelt kosmisk mysterium: hvorfor er solens atmosfære så varm?
Solens atmosfære kalles korona. Den består av en elektrisk ladet gass kjent som plasma og har en temperatur på ca en million grader Celsius.
Dens temperatur er vedvarende mysterium fordi overflaten til solen bare er rundt 6000ºC.
Kronen bør være kaldere enn overflaten fordi solens energi kommer fra atomovnen i kjernen og ting avkjøles naturlig jo lenger de kommer fra en varmekilde.
Imidlertid er kronen mer enn 150 ganger varmere enn overflaten. Det må finnes en annen metode for å overføre energi til plasmaet, men hvilken?
Det har lenge vært mistanke om at turbulens i solatmosfæren kan resultere i en betydelig plasmaoppvarming i kronen. Men når det gjelder å undersøke dette fenomenet, står solfysikere overfor et praktisk problem: det er umulig å samle inn alle dataene de trenger med bare ett romfartøy.
Det er to måter å undersøke solen på: fjernmåling og in situ målinger. Ved fjernmåling er romfartøyet plassert på en viss avstand og bruker kameraer til å observere solen og dens atmosfære ved forskjellige bølgelengder.
For målinger på stedet, romskipet flyr gjennom regionen som har til hensikt å undersøke og gjennomføre målinger av partikler og magnetiske felt i denne delen av verdensrommet.
Begge tilnærminger har sine fordeler. Fjernmåling viser resultater i stor skalamen ikke detaljene om prosessene som skjer i plasmaet.
In situ-målinger gir imidlertid svært spesifikk informasjon om prosessene i liten skala i plasmamen viser ikke hvordan disse påvirker den store skalaen.
For å få hele bildet, to romskip er nødvendig. Det er akkurat dette solfysikere har for tiden, i form av romfartøyet Solar Orbiterdrevet av ESA, og Parker solsonde fra NASA.
Solar Orbiter ble designet for å komme så nær solen som mulig og også utføre fjernmålingsoperasjoner, sammen med in situ målinger. Parker Solar Probe slipper i stor grad fjernmåling av selve solen for å komme enda nærmere utfør målingene på stedet.
Men for å få mest mulig ut av dens komplementære tilnærminger, Parker Solar Probe må være innenfor synsfeltet fra et av Solar Orbiters instrumenter. På denne måten kunne Solar Orbiter registrere de storstilte konsekvensene av det Parker Solar Probe målte in situ.
Daniele Telloniforsker ved INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica) ved Torino Astrophysical Observatory, er en del av teamet som er ansvarlig for Solar Orbiters Metis-instrument.
Metis er en koronagraf som blokkerer lys fra solens overflate og tar bilder av solens korona. Det er det perfekte instrumentet å bruke i storskala målinger, og derfor begynte Daniele å se etter tider hvor Parker Solar Probe ville bli justert.
Den fant at 1. juni 2022 ville begge romfartøyene være i riktig orbitalkonfigurasjon – nesten. I hovedsak ville Solar Orbiter se på solen og Parker Solar Probe ville være rett ved siden av den, fristende nærme, men ute av syne av Metis-instrumentet.
Da Daniele analyserte problemet, innså han at alt han trengte å gjøre var å gjøre litt gymnastikk med Solar Orbiter for å gjøre Parker Solar Probe synlig: roter den 45 grader og pek den litt bort fra solen.
Men når hver manøver i et romoppdrag er nøye planlagt på forhånd, og selve romfartøyene er designet for å peke bare i veldig spesifikke retninger, spesielt når de står overfor solens fryktinngytende varme, det var ikke klart for at romfartøyets operasjonsteam godkjenner et slikt avvik.
Men når alle var klar over den potensielle vitenskapelige gevinsten, var avgjørelsen et klart «ja».
Parker Solar Probe gikk inn i synsfeltet og sammen romfartøyet produserte de første samtidige målingene den storstilte konfigurasjonen av solkoronaen og de mikrofysiske egenskapene til plasmaet.
«Dette arbeidet er resultatet av bidrag fra mange, mange mennesker«, sier Daniele, som ledet analysen av datasettene. Ved å samarbeide var de i stand til å lage det første kombinerte observasjons- og in situ-estimatet av hastigheten på koronal oppvarming.
«Evnen til å bruke både Solar Orbiter og Parker Solar Probe har åpnet opp for en helt ny dimensjon i denne etterforskningen», heter det Gary Zankfra University of Alabama i Huntsville, USA, medforfatter av den resulterende artikkelen.
Ved å sammenligne den nylig målte hastigheten med teoretiske spådommer gjort av solfysikere gjennom årene, demonstrerte Daniele at solfysikere hadde nesten helt sikkert riktig i sin identifikasjon turbulens som en form for energioverføring.
Den spesifikke måten turbulens gjør dette på Det er ikke veldig annerledes av det som skjer når du rører i morgenkoppen med kaffe.
Ved å stimulere de tilfeldige bevegelsene til en væske, enten det er en gass eller en væske, overføres energi til stadig mindre skalaer, som kulminerer i transformasjon av energi til varme.
Når det gjelder solkoronaen, væsken er også magnetisertså den lagrede magnetiske energien er også tilgjengelig for å bli omdannet til varme.
Denne overføringen av magnetisk energi og bevegelse fra større til mindre skalaer er selve essensen av turbulens. På den minste skalaen, lar svingninger endelig samhandle med individuelle partikler, hovedsakelig protoner, og varme dem opp.
Mer arbeid er nødvendig før vi kan si at solvarmeproblemet er løst, men nå, takket være Danieles arbeid, har solfysikere sin første måling av denne prosessen.
«Det handler om en vitenskapelig debut. Dette arbeidet representerer et betydelig skritt fremover i å løse problemet med koronal oppvarming, sier Daniel Müller, prosjektforsker.
Resultatene av studien ble presentert i en artikkel publisert forrige uke i The Astrophysical Journal Letters.
» source=»CCVAlg» ]
