Koronale Schleifen, die eleganten und hellen Strukturen, die sich durch die Sonnenoberfläche und in die Sonnenatmosphäre ziehen, sind der Schlüssel zum Verständnis, warum die Korona so heiß ist. Ja, es ist die Sonne, und ja, es ist heiß, aber seine Atmosphäre ist esauchheiße. Das Rätsel, warum die Sonnenkorona heißer ist als die Photosphäre der Sonne, beschäftigt Sonnenphysiker seit Mitte des 20. Ist das Problem also gelöst?Nicht ganz…
Warum also interessieren sich Sonnenphysiker überhaupt so für die Sonnenkorona? Um dies zu beantworten, rufe ich einen Auszug aus meinem allerersten Universe Today-Artikel auf:
...Messungen von koronalen Partikeln zeigen uns, dass die Atmosphäre der Sonne tatsächlich heißer ist als die Sonnenoberfläche. Traditionelles Denken würde nahelegen, dass dies falsch ist; alle möglichen physikalischen Gesetze würden verletzt. Die Luft um eine Glühbirne ist nicht heißer als die Glühbirne selbst, die Wärme von einem Objekt nimmt ab, je weiter Sie die Temperatur messen (wirklich offensichtlich). Wenn dir kalt ist, entfernst du dich nicht vom Feuer, du kommst ihm näher!- von ' Hinode entdeckt das verborgene Funkeln der Sonne “, Universe Today, 21. Dezember 2007
Dies ist nicht nur eine akademische Kuriosität. Weltraumwetter stammt von der unteren Sonnenkorona; Das Verständnis der Mechanismen hinter der koronalen Erwärmung hat weitreichende Auswirkungen auf die Vorhersage energetischer (und schädlicher) Sonneneruptionen und die Vorhersage interplanetarer Bedingungen.
Das Problem der koronalen Erwärmung ist also ein interessantes Thema und Sonnenphysiker sind auf der Suche nach der Antwort darauf, warum die Korona so heiß ist. Magnetische Koronarschleifen sind für dieses Phänomen von zentraler Bedeutung; sie befinden sich an der Basis der Sonnenatmosphäre und erfahren eine schnelle Erwärmung mit einem Temperaturgradienten von mehreren zehntausend Kelvin (in der Chromosphäre) bis zu mehreren zehn Millionen Kelvin (in der Korona) über eine sehr kurze Distanz. Der Temperaturgradient wirkt über einen dünnen Übergangsbereich (TR), der in seiner Dicke variiert, aber stellenweise nur einige Hundert Kilometer dick sein kann.
Diese hellen Schleifen aus heißem Sonnenplasma mögen leicht zu erkennen sein, aber es gibt viele Diskrepanzen zwischen der Beobachtung der Korona und der Koronatheorie. Die Mechanismen, die für die Erwärmung der Schleifen verantwortlich sind, haben sich als schwer zu bestimmen erwiesen, insbesondere wenn man versucht, die Dynamik von koronalen Schleifen mit „Zwischentemperatur“ (auch bekannt als „warm“) zu verstehen, wobei Plasma auf etwa eine Million Kelvin erhitzt wird. Wir nähern uns der Lösung dieses Rätsels, das die Vorhersage des Weltraumwetters von der Sonne bis zur Erde unterstützen wird, aber wir müssen herausfinden, warum die Theorie nicht mit dem übereinstimmt, was wir sehen.
Sonnenphysiker sind bei diesem Thema seit einiger Zeit gespalten. Wird das Plasma der koronalen Schleife durch intermittierende magnetische Wiederverbindungsereignisse über die gesamte Länge einer koronalen Schleife erhitzt? Oder werden sie durch eine andere konstante Erwärmung sehr niedrig in der Korona erhitzt? Oder ist es ein bisschen von beidem?
Ich habe tatsächlich vier Jahre damit verbracht, mit diesem Thema zu ringen, während ich mit dem Solar Group an der University of Wales, Aberystwyth , aber ich war auf der Seite des „Dauerheizens“. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wenn man die Mechanismen hinter der stetigen koronalen Erwärmung betrachtet, mein spezielles Studiengebiet war die Alfvén-Wellenproduktion und die Welle-Teilchen-Wechselwirkungen (schamlose Eigenwerbung… meine Diplomarbeit von 2006:Ruhende koronale Schleifen, die durch Turbulenzen erhitzt werden, nur für den Fall, dass Sie ein leeres, langweiliges Wochenende vor sich haben).
James Klimchuk vom Solar Physics Laboratory des Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, vertritt eine andere Meinung und favorisiert den impulsiven Heizmechanismus Nanoflare, ist sich jedoch sehr bewusst, dass andere Faktoren eine Rolle spielen können:
'In den letzten Jahren wurde deutlich, dass die koronale Erwärmung ein hochdynamischer Prozess ist, aber Widersprüche zwischen Beobachtungen und theoretischen Modellen sind eine Hauptursache für Sodbrennen. Wir haben nun zwei mögliche Lösungen für dieses Dilemma entdeckt: Energie wird impulsiv mit der richtigen Mischung aus Teilchenbeschleunigung und direkter Erwärmung freigesetzt, oder Energie wird allmählich sehr nahe an der Sonnenoberfläche freigesetzt.“ – James Klimchuk
Von Nanoflares wird vorhergesagt, dass sie warme koronale Schleifen bei ihren ziemlich konstanten 1 Million Kelvin aufrechterhalten. Wir wissen, dass die Schleifen diese Temperatur haben, da sie Strahlung im extremen Ultraviolett (EUV) emittieren, und eine Vielzahl von Observatorien wurden gebaut oder mit Instrumenten, die für diese Wellenlänge empfindlich sind, in den Weltraum geschickt. Weltraumgestützte Instrumente wie das EUV Imaging Telescope (EIT; an Bord der NASA/ESA .) Sonnen- und Heliosphären-Observatorium ), NASAs Übergangsregion und Koronar-Explorer (VERFOLGEN) und die kürzlich in Betrieb genommene japanischHinodeMission hatten alle ihre Erfolge, aber viele Durchbrüche in der Koronarschleife gab es nach der Einführung vonVERFOLGENbereits 1998. Nanoflares sind sehr schwer direkt zu beobachten, da sie auf so kleinen räumlichen Skalen auftreten, dass sie mit der aktuellen Instrumentierung nicht aufgelöst werden können. Wir sind jedoch nahe dran, und es gibt eine Spur von koronalen Beweisen, die auf diese energetischen Ereignisse hinweisen.
'Nanoflares können ihre Energie auf verschiedene Weise freisetzen, einschließlich der Beschleunigung von Teilchen, und wir verstehen jetzt, dass die richtige Mischung aus Teilchenbeschleunigung und direkter Erwärmung eine Möglichkeit ist, die Beobachtungen zu erklären.“ – Klimtschuk.
Langsam aber sicher kommen theoretische Modelle und Beobachtungen zusammen, und es scheint, dass die Sonnenphysiker nach 60 Jahren des Versuchs nahe daran sind, die Erwärmungsmechanismen hinter der Korona zu verstehen. Wenn man sich ansieht, wie sich Nanoflares und andere Heizmechanismen gegenseitig beeinflussen können, ist es sehr wahrscheinlich, dass mehr als ein koronaler Heizmechanismus im Spiel ist…
Beiseite:Aus Interesse treten Nanoflares in jeder Höhe entlang der Koronarschleife auf. Obwohl sie heißen dürfenNanofackeln, nach irdischen Maßstäben sind es riesige Explosionen. Nanoflares setzen eine Energie von 10 . frei24-1026erg (das sind 1017-1019Joule). Dies entspricht ungefähr 1.600 bis 160.000 Atombomben der Größe Hiroshima (mit einer Sprengenergie von 15 Kilotonnen), also gibt es nichtsNanoüber diese koronalen Explosionen! Aber im Vergleich mit den Standard-Röntgeneruptionen erzeugt die Sonne von Zeit zu Zeit eine Gesamtenergie von 6×1025Joule (über 100 Milliarden Atombomben), Sie können sehen, wieNanoFackeln haben ihren Namen…
Originalquelle: NASA