Als je op een gasfornuis kookt, wordt het voedsel sneller warm als het dichter bij de vlam staat. Maar in schijnbare weerstand tegen thermodynamica, werkt dat niet als je het over de zon hebt. Terwijl het zonne-oppervlak ongeveer 10.000 graden Fahrenheit is, kan de atmosfeer maar liefst 9 miljoen graden raken in de buitenste reeksen, de corona genoemd, en wetenschappers vragen: "Wat is daar aan de hand?" al decenia.
gerelateerde inhoud
- Waarom de zon zo lang zo stil was
- Foto van de week - IJzer in de Corona van de zon
Nu denkt een team van de École Polytechnique in Frankrijk dat ze op zijn minst een deel van het antwoord hebben. Met behulp van nieuwe computermodellen stellen ze dat de ultieme bron van de brandende hitte van de corona een 'mangrovebos' van magnetisme is dat net onder het oppervlak ligt dat we zien, de fotosfeer genoemd.
"Iedereen weet dat de energie van onderaf komt en we weten dat het veel energie is", zegt studieleider Tahar Amari. De vraag is wat die energie creëert en hoe deze van het oppervlak naar de corona reist. Dat is waar het nieuwe model, beschreven deze week in de natuur, in stappen.
De zon is meestal gemaakt van plasma, heet gas gemaakt van atomen waarvan de elektronen zijn verwijderd, waardoor een lading ontstaat. Wanneer dat soort gas draait, werkt het als een elektrische generator of een dynamo. In het nieuwe model creëert het plasma van de zon deze dynamo's terwijl deze roostert en karnt. De dynamo's genereren op hun beurt magnetische velden, die energie kunnen opslaan. Dit alles gebeurt in de bovenste 900 mijl van de zon - een kleine fractie van de straal van 432.000 mijl. De dynamo's duren niet lang, gemiddeld ongeveer acht minuten, maar het is voldoende dat ze soms grotere structuren kunnen voeden.
Wanneer de resulterende magnetische velden draaien, draaien en elkaar kruisen, kunnen ze hun energie vrijgeven in een fenomeen dat opnieuw verbinding wordt genoemd. Plaats twee of meer velden bij elkaar, en de polen van die velden proberen nieuwe magnetische veldlijnen te creëren met hun naaste buren, waarbij de vormen van de velden in het proces worden herschikt. Overtollige energie wordt dan uitgestoten als warmte, elektromagnetische golven of kinetische energie, en die wordt op zijn beurt in de chromosfeer gepompt, de laag die zich ongeveer 1200 mijl van de fotosfeer uitstrekt naar een gebied dat overgaat in de corona.
Volgens het model drijft de energiedump uitbarstingen van plasma in de chromosfeer, waardoor golven lijken op geluidsgolven die door de lucht bewegen. Dit worden Alfvén-golven genoemd, naar natuurkundige Hannes Alfvén, die voor het eerst hun bestaan in de jaren veertig voorstelde. De energie van de Alfvén-golven verdwijnt in de corona, die dan heet genoeg wordt om de miljoenen graden te bereiken die we waarnemen.
Een model van het complexe magnetische veld dat uit het oppervlak van de zon ontspruit, benadrukt de gelijkenis met de wortels en takken van mangrovebomen. (Tahar Amari / Centre de physique théorique.CNRS-Ecole Polytechnique.FRANCE) Amari vergelijkt het hele systeem met een mangrovebos. Aan de onderkant zijn de wortels, die samenkomen om de stammen van de bomen te vormen. De top van de bomen is waar de energie wordt afgezet. Hij merkte op dat om het soort coronale verwarming te krijgen dat we zien, je ongeveer 4.500 Watt per vierkante meter van het oppervlak nodig hebt, en dat is wat zijn model produceert.
Voorlopig is het werk alleen een computersimulatie en er is nog geen directe manier om te observeren wat er gebeurt, zegt Amari. Bestaande indirecte waarnemingen van de zon maken zijn model echter aannemelijk. De coronale temperatuur lijkt bijvoorbeeld niet veel te variëren met de 11-jarige zonnevlekcyclus. "Zonnevlekken zijn gevoelig voor de cyclus - dit magnetische veld niet, " zegt Amari. Zonnevlekken zijn magnetische verstoringen dieper in de zon geworteld, dus als de twee fenomenen niet met elkaar zijn verbonden, zou dat Amari's model van een relatief ondiepe driver voor coronale verwarming ondersteunen.
Een andere factor is de ontdekking van zonnetornado's, die aantonen dat sommige fenomenen energie van het oppervlak naar de chromosfeer en de corona kunnen transporteren, waardoor het model wordt versterkt. Bovendien tonen waarnemingen van het zonne-oppervlak aan dat de spectrale lijnen van sommige elementen zijn opgesplitst in twee of meer componenten, wat gebeurt als er een sterk lokaal magnetisch veld is zoals het model beschrijft.
Vorig jaar stelde Jeff Brosius, een zonnefysicus bij het NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, voor dat kleine flares nanoflares verantwoordelijk waren voor coronale verwarming. Nanoflares worden veroorzaakt door enorme magnetische velden die door de corona lopen. De magnetische veldlijnen kruisen soms, waardoor stroomvellen ontstaan die energie als warmte afgeven.
Hoewel de twee versies verschillen in hun specifieke kenmerken, zijn ze niet noodzakelijkerwijs tegenstrijdig. "Het mechanisme van de nanoflares is een open vraag", zegt Jim Klimchuk, een onderzoeksastrofysicus bij Goddard die niet betrokken was bij een van beide studies. "Het kan gaan om het opnieuw verbinden van magnetische velden in de corona (hetzelfde proces dat Amari's mini-uitbarstingen onder het zonneoppervlak veroorzaakt en dat ervoor zorgt dat ze het grootste deel van hun energie in de chromosfeer deponeren), of het kan de dissipatie van golven inhouden die van onderaf in de corona gelanceerd. Ik weet zeker dat beide dingen gebeuren. Het is gewoon een kwestie van verhoudingen. "
Volgens Klimchuk is het nieuwe model een belangrijke stap in het begrijpen van dit lastige zonne-mysterie. "Voor zover ik weet, [de dynamo's die uitbarstingen veroorzaken in de chromosfeer] zijn niet gezien in andere simulaties, dus het zal belangrijk zijn om de details van dit gedrag uit te werken en te verifiëren dat het correct is, " zegt hij. "Het probleem met de chromosferische en coronale verhitting is niet opgelost, maar deze resultaten kunnen belangrijke aanwijzingen geven over het verdere pad."
OPMERKING VAN DE REDACTIE: Dit artikel is bijgewerkt om te verduidelijken dat dynamo's eerder zijn waargenomen in zonnemodellen.
