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Wissenschaftler fragen sich seit langem, warum die heiße Suppe geladener Teilchen in der Atmosphäre unserer Sonne umso heißer wird, je weiter sie sich von der Sonnenoberfläche entfernt.
Neue Forschungsergebnisse könnten die Antwort liefern: Die extrem heiße Natur der äußeren Atmosphäre der Sonne, oder „Korona“, könnte auf das faszinierende Verhalten kleiner Wellen in diesem nebulösen Plasma zurückzuführen sein. Diese Wellen, die Wissenschaftler als „kinetische Alfvén-Wellen“ oder „KAWs“ bezeichnen, sind wellenartige Schwingungen von Magnetfeldern, die sich als Bewegungen in der Photosphäre der Sonne manifestieren.
Diese Ergebnisse könnten einen wichtigen Hinweis zur Entschlüsselung des scheinbar der Physik widersprechenden „Mysteriums der koronalen Erwärmung“ liefern, das erklärt, warum die Korona hunderte Male heißer ist als die sichtbare „Sonnenoberfläche“ oder Photosphäre, die das gesamte Licht ausstrahlt, das wir von der Sonne sehen.
Das Team hinter dieser Forschung unter der Leitung von Syed Ayaz, einem Forscher an der University of Alabama in Huntsville, geht davon aus, dass KAWs die Sonnenkorona auflösen und erwärmen, wenn sie sich ausbreiten. Sie stellen daher einen wichtigen, wenn auch kleinen Mechanismus dar, durch den Energie in das Sonnenplasma übertragen wird.
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Ayaz sagte, dieses Phänomen könnte erklären, warum die sichtbare Oberfläche der Sonne etwa 10.000 Grad Fahrenheit (5.500 Grad Celsius) hat, während die Korona, die den höchsten Teil der Sonnenatmosphäre markiert, mehr als 2 Millionen Grad Fahrenheit (1,1 Millionen Grad Celsius) hat.
„Seit Jahrzehnten haben sich Alfvén-Wellen als die besten Kandidaten für den Energietransport von einem Ort zum anderen erwiesen“, sagte Ayaz kürzlich in einem Artikel. Stellungnahme„Bisher hat keine solare Weltraummission Vorhersagen über diese Phänomene in der Nähe der Sonne geliefert. »
Wie das Geheimnis der Corona-Erwärmung der Physik trotzt
Der Großteil der Energie der Sonne stammt aus ihrem Kern, wo die Kernfusion stattfindet. Das bedeutet, dass die Sonne sollen Die Schichten unseres Sterns werden immer heißer, je tiefer wir in sein Inneres vordringen. Die meisten Schichten unseres Sterns gehorchen diesem Prinzip. Allerdings ist die Korona, obwohl sie Millionen Kilometer weiter vom Sonnenkern entfernt ist als die Sonnenoberfläche, immer noch viel heißer als die Photosphäre.
Ayaz und seine Kollegen untersuchten den Einfluss von KAW-Wellen in Plasma, das bis zu einer Höhe schwebte, die dem Zehnfachen des Sonnenradius entspricht. Wenn die Wellen in solchen Entfernungen mit dem geladenen Plasma der Sonne interagieren, das mit „Ionen“, Atomen, denen ihre Elektronen entzogen sind, gefüllt ist, „verflüchtigen sie sich schnell und übertragen ihre Energie vollständig als Wärme auf die Plasmateilchen“, erklärte Ayaz.
Die Ergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass die Energie der Wellen die Korona erreichen und sie erhitzen kann. Allerdings muss noch ermittelt werden, in welchem Ausmaß sie zur Temperatur der Korona beitragen.
Diese neue Forschung „bietet wichtige Einblicke in das kritische Problem, wie die Energie eines Magnetfelds umgewandelt wird, um ein Plasma aus geladenen Teilchen wie Protonen und Elektronen zu erhitzen“, sagte Gary Zank, Direktor des Center of Space Plasma and Aeronomy Research die University of Alabama, die nicht an der Arbeit beteiligt war.
Die Ergebnisse der neuesten Studie werden durch Daten der Europäischen Weltraumorganisation untermauert Sonnenorbiter und NASA Observatorium für Sonnendynamik (SDO). Das SDO zuvor gefunden dass eine andere Art hochfrequenter, bogenförmiger magnetischer Wellen, die sich durch die Korona ausbreiten, im Laufe der Zeit ebenfalls große Energiemengen in die äußere Atmosphäre der Sonne abgeben und so zur Erwärmung der mehrere Millionen Grad heißen Schicht beitragen können.
Ähnliche Prozesse, die die Sonnenkorona mit Wärme versorgen, standen im Mittelpunkt einer kürzlich durchgeführten NASA-Raketenmission. Die Mission heißt MaGIXS-2– kurz für den zweiten Flug des Marshall Grazing Incidence X-ray Spectrometer, wurde Mitte Juli für einige Minuten ins All geschickt, um Röntgenstrahlen von der Sonne zu sammeln.
Diese Strahlen verraten insbesondere, wie oft in unserem Stern Energieausbrüche freigesetzt werden, was Wissenschaftlern helfen könnte, besser zu verstehen, wie die Korona erhitzt wird.
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Während Wissenschaftler weiterhin verstehen, wie die Sonnenkorona so heiß wird, sind andere Erwärmungsmechanismen im Zusammenhang mit dem Sonnenmagnetfeld ausgeschlossen. Wissenschaftler vermuten beispielsweise, dass bestimmte S-Bögen im Sonnenmagnetfeld viel magnetische Energie enthalten, die an das umgebende Plasma abgegeben wird, dieses erhitzt und Sonnenwinde beschleunigt, die Stürme auslösen.
Eine Analyse der ersten 14 Runden der Parker Solar Probe um die Sonne, über die in einem separaten Artikel berichtet wurde, der am Montag in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde, ergab jedoch keine Hinweise auf das gesuchte Merkmal innerhalb der Korona.
Mojtaba Akhavan-Tafti, ein Forschungswissenschaftler an der University of Michigan, der die Studie leitete, bemerkte in einem Stellungnahme dass die nächsten Reisen der Parker Solar Probe zur Sonne, wahrscheinlich bereits im Dezember dieses Jahres, weitere Informationen über dieses jahrzehntealte Mysterium enthüllen könnten.
Die Studie des Teams wurde letzte Woche im Astrophysical Journal veröffentlicht.