Koronální smyčky, elegantní a jasné struktury, protékající slunečním povrchem a do sluneční atmosféry, jsou klíčem k pochopení toho, proč je koróna tak horká. Ano, je to Slunce a ano, je horké, ale jeho atmosféra je také horký. Hádanka o tom, proč je sluneční koruna teplejší než fotosféra Slunce, udržovala solární fyziky zaneprázdněnou od poloviny dvacátého století, ale s pomocí moderních observatoří a pokročilých teoretických modelů máme nyní docela dobrý nápad, co to způsobuje. Je tedy problém vyřešen? Ne tak docela…
Proč se tedy solární fyzici tak zajímají o sluneční koronu? Abych na to odpověděl, vytáhnu výňatek z mého prvního článku z časopisu Space Magazine:
…měření koronálních částic nám říká, že atmosféra Slunce je ve skutečnosti teplejší než povrch Slunce. Tradiční myšlení by naznačovalo, že je to špatně; Byly porušeny všechny druhy fyzikálních zákonů. Vzduch kolem žárovky není teplejší než samotná žárovka, teplo z předmětu se bude snižovat tím, čím dál budete měřit teplotu (samozřejmě ve skutečnosti). Pokud jste zima, nemusíte se vzdalovat od ohně, dostanete se k němu blíže! - z časopisu „Hinode objevuje skryté jiskry slunce“, časopis Space Space, 21. prosince 2007
Není to jen akademická zvědavost. Vesmírné počasí pochází z nižší sluneční korony; Porozumění mechanismům koronálního zahřívání má rozsáhlé důsledky pro předpovídání energetických (a škodlivých) slunečních erupcí a předpovídání meziplanetárních podmínek.
Problém koronálního zahřívání je tedy zajímavý problém a solární fyzici jsou horkí na cestě k odpovědi na to, proč je koróna tak horká. Pro tento jev jsou ústřední magnetické koronální smyčky; jsou na základně sluneční atmosféry a zažívají rychlé zahřívání s teplotním gradientem od desítek tisíc Kelvinů (v chromosféře) do desítek milionů Kelvinů (v koroně) na velmi krátkou vzdálenost. Teplotní gradient působí napříč tenkou přechodovou oblastí (TR), která se liší tloušťkou, ale místy může být tlustá jen několik stovek kilometrů.
Tyto jasné smyčky horké solární plazmy mohou být snadno vidět, ale mezi pozorováním koronové a koronální teorie existuje mnoho rozporů. Mechanismus (mechanismy) odpovědný za ohřev smyček se ukázal jako obtížný, zejména když se pokoušíte pochopit dynamiku „střední teploty“ (a.k.a. „teplé“) koronální smyčky s plazmou zahřátou na přibližně jeden milion Kelvinů. Přibližujeme se k řešení této hádanky, která pomůže předpovědím kosmického počasí ze Slunce na Zemi, ale musíme zjistit, proč teorie není stejná jako to, co vidíme.
Sluneční fyzici se na toto téma již delší dobu dělí. Je plazma koronální smyčky zahřívána přerušovanými událostmi magnetického opětovného spojení po celé délce koronální smyčky? Nebo jsou zahřívány jiným stabilním topením velmi nízkým v koroně? Nebo je to trochu obojí?
Vlastně jsem strávil čtyři roky zápasem s tímto problémem při práci s Solar Group na University of Wales, Aberystwyth, ale byl jsem na straně „stálého vytápění“. Při zvažování mechanismů stálého koronálního zahřívání existuje několik možností. Mým konkrétním oborem byla výroba vln Alfvin a interakce vln-částice (nestydatá samo-propagace ... moje 2006 disertační práce: Klidná koronální smyčka vyhřívaná turbulencí, jen v případě, že máte před sebou náhradní, nudný víkend).
James Klimchuk z Sluneční fyzikální laboratoře Goddard Space Flight Center v Greenbeltu, MD, má jiný názor a dává přednost nanovláknu, impulzivnímu ohřívacímu mechanismu, ale je si dobře vědom, že se mohou do hry zapojit i další faktory:
“V posledních letech se ukázalo, že koronální zahřívání je vysoce dynamický proces, ale nesrovnalosti mezi pozorováním a teoretickými modely byly hlavním zdrojem pálení žáhy. Nyní jsme objevili dvě možná řešení tohoto dilematu: energie se uvolňuje impulzivně se správnou směsí zrychlení částic a přímého zahřívání, nebo se energie uvolňuje postupně velmi blízko ke slunečnímu povrchu.“- James Klimchuk
Předpokládá se, že nanovlákna udržují teplé koronální smyčky na svých poměrně stabilních 1 milionu Kelvinů. Víme, že smyčky jsou tato teplota, protože vyzařují záření v extrémních ultrafialových (EUV) vlnových délkách, a byla vytvořena řada observatoří nebo poslána do vesmíru pomocí nástrojů citlivých na tuto vlnovou délku. Vesmírné nástroje, jako je zobrazovací dalekohled EUV (EIT; palubní NASA / ESA) Sluneční a helioférická observatoř), NASA Transition Region a Coronal Explorer (STOPA) a nedávno fungující japonština Hinode mise všechny měly své úspěchy, ale mnoho průlomů koronální smyčky nastalo po vypuštění STOPA zpět v roce 1998. Nanoflary jsou velmi obtížně pozorovatelné přímo, protože se vyskytují v prostorových měřítcích tak malých, že je nelze pomocí současného vybavení vyřešit. Jsme si však blízcí a na tyto energetické události existuje stopa koronálních důkazů.
“Nanoflary mohou uvolňovat svou energii různými způsoby, včetně zrychlení částic, a nyní chápeme, že správná kombinace zrychlení částic a přímého zahřívání je jedním ze způsobů, jak vysvětlit pozorování.“- Klimchuk.
Teoretické modely a pozorování se pomalu, ale jistě, scházejí a zdá se, že po 60 letech zkoušení jsou solární fyzici blízko k pochopení mechanismů zahřívání za korónou. Při pohledu na to, jak se mohou nanovlákna a další ohřívací mechanismy navzájem ovlivňovat, je velmi pravděpodobné, že hraje více než jeden koronální ohřívací mechanismus…
Stranou: Zájem nanoflares nastane v jakékoli výšce podél koronální smyčky. I když mohou být nazýváni nanovlákna, podle pozemských standardů jsou to obrovské exploze. Nanoflary uvolňují energii 1024-1026 erg (to je 1017-1019 Joules). To odpovídá přibližně 1 600 až 160 000 atomovým bombám velikosti Hirošima (s výbušnou energií 15 kilotonů), takže nic není nano o těchto koronálních explozích! Při srovnání se standardními rentgenovými světlicemi však Slunce čas od času generuje celkovou energii 6 × 1025 Joules (přes 100 miliard atomových bomb), můžete vidět jak nanosvětlice dostanou své jméno ...
Původní zdroj: NASA
