W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Nature zespół astronomów pracujących na 1,6-metrowym teleskopie słonecznym Goode’a donosi o zaobserwowaniu swoistych trwałych fal magnetycznych w koronie słonecznej, które mogą odpowiadać za panującą w niej wysoką temperaturę.
Odkrycie pojawiło się podczas obserwacji chromosfery nad silnie namagnetyzowaną plamą słoneczną. Same plamy słoneczne, które na zdjęciach wyglądają na czarne fragmenty Słońca, w rzeczywistości są obszarami o temperaturze niższej od temperatury otoczenia. Same w sobie także emitują światło, natomiast jest ono słabsze od blasku otaczających je obszarów, przez co pozornie wydają się ciemne.
Międzynarodowa grupa astrofizyków, w której skład weszli również naukowcy z Polski, odkryła, że fale magnetyczne pojawiające się nad plamami słonecznymi niezwykle skutecznie rozgrzewają górną warstwę atmosfery Słońca.
Jest to kolejny i być może decydujący krok w kierunku rozwiązania jednej z dwóch największych zagadek, z którymi od dziesięcioleci mierzyli się heliofizycy: co ogrzewa atmosferę Słońca. Próby znalezienia odpowiedzi na to pytanie wbrew pozorom nie są tylko rozrywką umysłową dla naukowców. Zrozumienie procesów falowych, stojących u podstaw magnetohydrodynamiki jest kluczowe z punktu widzenia wszystkich projektów nazywanych zazwyczaj „sztucznym słońcem” i może dać nam odpowiedzi na problemy, przed którymi staniemy dopiero w przyszłych dekadach ich rozwoju. – mówi Błażej Kuźma, jeden z autorów odkrycia w rozmowie z Focus.pl.
Czytaj także: Słońce skrywało zaskakującą tajemnicę. Sonda kosmiczna właśnie ją rozwiązała
Czym jest atmosfera Słońca?
W tym momencie warto przypomnieć jak zbudowana jest atmosfera naszej Gwiazdy Dziennej. Najniżej znajduje się fotosfera, która jest niejako zewnętrzną warstwą gwiazdy i miejscem, z którego emitowane jest światło. Tuż nad nią znajduje się chromosfera, niższa warstwa atmosfery. Dopiero nad nią znajduje się korona słoneczna, najbardziej zewnętrzna warstwa atmosfery. To właśnie ona najbardziej fascynuje naukowców. Samej korony słonecznej na co dzień nie możemy obserwować, bowiem ginie ona w blasku samej gwiazdy. Wyjątkiem są momenty całkowitego zaćmienia słonecznego, kiedy Księżyc w całości przesłania blask tarczy słonecznej. Alternatywnie, do obserwacji można wykorzystywać specjalne teleskopy, które są w stanie przesłonić tarczę słoneczną na tyle, aby możliwe były obserwacje jego bezpośredniego otoczenia.
Atmosfera słoneczna składa się ze zjonizowanej plazmy znajdującej uwięzionej w polu magnetycznym Słońca. Za ogrzewanie plazmy odpowiadają przede wszystkim zmiany pola magnetycznego np. w procesie rekoneksji magnetycznej. Pole magnetyczne jest też źródłem powstawania różnego rodzaju fal magnetohydrodynamicznych. Problem jednak w tym, że jak dotąd żadne z obserwowanych fal tego typu nie wyjaśniały stopnia rozgrzania atmosfery Słońca. Dla przykładu wolne fale magnetoakustyczne transportowały stosunkowo niewielkie ilości energii do atmosfery. Szybkie fale magnetoakustyczne transportują znacznie więcej energii, ale pojawiają się zdecydowanie za rzadko, aby odpowiadać za średnią temperaturę korony słonecznej.
To tu korona słoneczna zyskuje swoją temperaturę
Tak czy inaczej, w swoim artykule naukowym badacze opisali obserwacje oscylujących poprzecznie fal magnetycznych pojawiających się nad silnie namagnetyzowaną plamą słoneczną AR12384. Obserwacje były prowadzone za pomocą spektrometru zainstalowanego na Teleskopie Słonecznym Goode’a w Obserwatorium Słonecznym Big Bear. Strumień energii transportowanej przez owe fale do atmosfery jest okazał się trzy-cztery rzędy wielkości silniejszy od ilości energii utraconej przez emisję plazmy z takiego aktywnego regionu. To właśnie ten proces dostarcza do korony słonecznej tak dużo energii, że możliwe jest utrzymanie w niej temperatury rzędu wielu milionów stopni Celsjusza.
Przeprowadzone przez badaczy symulacje magnetohydrodynamiczne, które były w stanie odtworzyć dane obserwacyjne wykazały, że owe fale magnetyczne skutecznie rozprowadzają nadmiar energii po górnych warstwach atmosfery słonecznej, prowadząc do tzw. ogrzewania koronalnego. Warto tutaj zauważyć, że takie fale można zaobserwować w licznych różnych, szczególnie namagnetyzowanych rejonach na powierzchni Słońca.