Różnica temperatur między powierzchnią Słońca a jego zewnętrzną atmosferą zwaną koroną jest wciąż nierozwiązanym problemem heliofizyki. Trudno zrozumieć, że powierzchnia ogromnej kuli rozgrzanej plazmy ma temperaturę około 5500°C, a jej rozrzedzona atmosfera osiąga miliony stopni.
WIDEO…
Gorąca atmosfera
Jako pierwsi tę różnicę temperatur rozpoznali pod koniec lat 30. i na początku 40. XX wieku Walter Grotrian i Bengt Edlén, którzy w widmie korony zidentyfikowali linie silnie zjonizowanego żelaza, co wskazywało na temperaturę rzędu milionów stopni. Od tamtej pory fizycy próbują wyjaśnić, dlaczego atmosfera jest gorętsza niż warstwy położone bliżej jądra. Jedną z głównych hipotez, wysuniętą w latach 80. przez Eugene’a Parkera, jest ogrzewanie przez niezliczone nanoflary, czyli drobne rozbłyski wynikające z rekoneksji pola magnetycznego.
Za tą hipotezą mogą przemawiać dane z europejskiej sondy Solar Orbiter, która w 2020 roku zaobserwowała miniaturowe rozbłyski, miliony razy mniejsze od rozbłysków słonecznych obserwowanych z Ziemi, nazwane „campfires”. Późniejsze badania wykazały, że mają one od 1000 do 5000 km wysokości i temperaturę 1–1,5 mln stopni, a symulacje wskazały rekoneksję jako ich prawdopodobną przyczynę.
Inna europejska misja, pionierska Proba-3, w której jeden satelita zasłania tarczę Słońca drugiemu, tworzy sztuczne zaćmienia trwające do sześciu godzin, a nie kilka minut jak naturalne. Dzięki temu można na bieżąco śledzić zmiany w dolnej koronie, gdzie – jak się przypuszcza – zachodzi ogrzewanie. Mimo tych postępów zagadka nie została jeszcze w pełni rozwiązana i najprawdopodobniej za ogrzewanie korony odpowiada kilka mechanizmów jednocześnie.
Słońce w laboratorium
Uczeni z Chin zademonstrowali w laboratorium proces, który może pomóc wyjaśnić pochodzenie części tego ciepła. Artykuł opisujący ich badania ukazał się 20 października w „Physical Review Letters”.
Zespołem kierował Wei Sun z Chińskiego Instytutu Energii Atomowej, a wśród badaczy znaleźli się m.in. Yongli Ping z Pekińskiego Uniwersytetu Pedagogicznego. Eksperyment może pomóc zrozumieć, jak na Słońcu mogą być inicjowane niewielkie uwolnienia energii, zwane nanoflarami, które – jak podejrzewają naukowcy – mogą pomagać w utrzymywaniu temperatury korony. Nowy eksperyment bada możliwy mechanizm wyzwalający część takich zdarzeń.
Słońce składa się z plazmy, czyli stanu materii zawierającego cząstki naładowane elektrycznie. Materię tę przenikają pola magnetyczne. Kiedy przeciwnie skierowane pola zbliżają się do siebie, a ich linie zmieniają sposób połączenia, zgromadzona energia może zostać uwolniona, ogrzewając cząstki. Proces ten nazywa się rekoneksją magnetyczną.
Deszcze koronalne
Aby zbadać, w jaki sposób takie pola mogłyby się zetknąć, naukowcy skierowali cztery nakładające się wiązki laserowe na plastikową tarczę o powierzchni pokrytej drobnymi pofałdowaniami. Eksperyment przeprowadzono w ośrodku laserowym Shenguang-II w Szanghaju. Impulsy trwały miliardową część sekundy i zamieniały materiał tarczy w plazmę.
Okazało się, że rozprężająca się i zwalniająca plazma tworzyła palczaste i grzybkowate struktury powstające wskutek tzw. niestabilności Rayleigha-Taylora. Wokół nich powstawały przeciwnie skierowane pola magnetyczne. Symulacje pokazały, że wzrost wypustek zbliżał pola, umożliwiając rekoneksję i ogrzewanie plazmy. Przy pofałdowanej tarczy temperatura elektronów sięgnęła około 820 tys.°C, czyli niemal dwukrotnie więcej niż przy płaskiej. Gdy w symulacji zablokowano powstawanie pól, dodatkowe ogrzewanie niemal zanikło.
Podobny mechanizm mógłby działać na Słońcu podczas deszczu koronalnego, gdy chłodniejsza, gęsta plazma opada przez atmosferę. Eksperyment pozwala badać procesy zbyt drobne i szybkie do bezpośredniej obserwacji, choć nie odtwarza w pełni warunków słonecznych. Wyniki wskazują na możliwe źródło części ciepła korony. Dalsze badania mają ustalić, jak często mechanizm ten występuje i jaki jest jego udział w ogrzewaniu.
Źródło: Physical Review Letters
