كيف تعمل أبرد بقعة شمسية في الشمس على دفع الهالة التي تبلغ مليون درجة

مع بيانات من[{” attribute=””>Big Bear Solar Observatory’s Goode Solar Telescope, researchers discover intense wave energy in the coldest region on the Sun, the sunspot umbra, which is driving puzzling temperatures in the star’s upper atmosphere.

Nearly five thousand kilometers above the Sun’s surface lies a century-old question for solar physicists — how are temperatures in the star’s upper atmosphere, or corona, hundreds of times hotter than temperatures at the Sun’s visible surface?

An international team of scientists has a new answer to the question — commonly referred to as the Sun’s coronal heating problem — with new observational data obtained with the 1.6-meter Goode Solar Telescope (GST) at Big Bear Solar Observatory (BBSO), operated by NJIT’s Center for Solar Terrestrial Research (CSTR).

In a study published recently in the journal Nature Astronomy, researchers have unveiled the discovery of intense wave energy from a relatively cool, dark and strongly magnetized plasma region on the Sun, capable of traversing the solar atmosphere and maintaining temperatures of a million degrees Kelvin inside the corona.

Extreme ultra-violet emission by solar coronal plasma at millions of degrees. Credit: Atmospheric Imaging Assembly (AIA) on board NASA’s Solar Dynamics Observatory (SDO) spacecraft

Researchers say the finding is the latest key to unraveling a host of related mysteries pertaining to Earth’s nearest star.

“The coronal heating problem is one of the biggest mysteries in solar physics research. It has existed for nearly a century,” said Wenda Cao, BBSO director and NJIT physics professor who is co-author of the study. “With this study, we have fresh answers to this problem, which may be key to untangling many confusing questions in energy transportation and dissipation in the solar atmosphere, as well as the nature of space weather.”

Using GST’s unique imaging capabilities, the team led by Yuan Ding was able to initially capture transverse oscillations in the darkest and coldest region on the Sun, called the sunspot umbra.

Such dark sunspot regions can form as the star’s strong magnetic field suppresses thermal conduction and hinders the energy supply from the hotter interior to the visible surface (or photosphere), where temperatures reach roughly 5,000 degrees Celsius.

https://www.youtube.com/watch؟v=uVGupX1ruwI
فيديو يعرض ملاحظات عالية الدقة للحركة العرضية في البقع الشمسية. الائتمان: NJIT-BBSO، Yuan et al.، Nature Astronomy، 2023

للتحقيق ، قاس الفريق النشاط المتعلق بالعديد من السمات المظلمة التي تم اكتشافها في بقعة شمسية نشطة مسجلة في 14 يوليو 2015 ، بواسطة GST التابع لـ BBSO – بما في ذلك الحركات العرضية المتذبذبة لألياف البلازما داخل ظل البقع الشمسية حيث يكون المجال المغناطيسي أقوى بأكثر من 6000 مرة من تلك الخاصة بالأرض.

أوضح Vasyl Yurchyshyn ، أستاذ الأبحاث في NJIT-CSTR للفيزياء الشمسية وكبير علماء BBSO: “تظهر الألياف على شكل هياكل مخروطية الشكل بارتفاع نموذجي من 500-1000 كيلومتر وعرضها حوالي 100 كيلومتر”. “يتراوح عمرها من دقيقتين إلى ثلاث دقائق ، وتميل إلى الظهور مرة أخرى في نفس الموقع داخل أحلك أجزاء الظل ، حيث تكون الحقول المغناطيسية أقوى.”

قال كاو: “لوحظت هذه الألياف الديناميكية الداكنة في منطقة الظل الشمسي لفترة طويلة ، ولكن للمرة الأولى ، تمكن فريقنا من اكتشاف التذبذبات الجانبية التي تمثل مظاهر موجات سريعة”. “هذه الموجات المستعرضة المستمرة والمنتشرة في كل مكان في الألياف الممغنطة بقوة تجلب الطاقة لأعلى من خلال قنوات مغناطيسية طويلة رأسياً وتساهم في تسخين الغلاف الجوي العلوي للشمس.”

تشريح شمسنا. الائتمان: ESA

من خلال محاكاة عددية لهذه الموجات ، يقدر الفريق أن الطاقة المنقولة يمكن أن تكون أقوى بآلاف المرات من فقد الطاقة في بلازما المنطقة النشطة في الغلاف الجوي العلوي للشمس – مما يؤدي إلى تبديد الطاقة حتى أربع مرات من الحجم أقوى من معدل التسخين اللازم للحفاظ عليها. ارتفاع درجات حرارة البلازما الحارقة في الهالة.

قال يورتشيشين: “تم رصد موجات مختلفة في كل مكان على الشمس ، ولكن طاقتها عادةً ما تكون منخفضة جدًا بحيث لا يمكنها تسخين الهالة”. “الموجات السريعة المكتشفة في البقع الشمسية هي مصدر طاقة دائم وفعال قد يكون مسؤولاً عن تسخين الهالة فوق البقع الشمسية.”

في الوقت الحالي ، يقول الباحثون إن النتائج الجديدة لا تُحدث ثورة في نظرتنا للبقع الشمسية فحسب ، بل تقدم خطوة مهمة أخرى في تعزيز فهم الفيزيائيين لعمليات نقل الطاقة وتسخين الإكليل الشمسي.

ومع ذلك ، لا تزال الأسئلة حول مشكلة التسخين الإكليلي قائمة.

قال كاو: “في حين أن هذه النتائج هي خطوة إلى الأمام نحو حل اللغز ، فإن تدفق الطاقة الخارج من البقع الشمسية قد يكون مسؤولاً فقط عن تسخين تلك الحلقات المتجذرة في البقع الشمسية”. وفي الوقت نفسه ، هناك مناطق أخرى خالية من البقع الشمسية مرتبطة بالحلقات الإكليلية الساخنة التي لا تزال تنتظر شرحها. نتوقع أن تستمر GST / BBSO في تقديم أعلى دليل رصد عالي الدقة لفتح المزيد من ألغاز نجمنا “.

المرجع: “التذبذبات المستعرضة ومصدر الطاقة في بقعة شمسية ممغنطة بقوة” بقلم دينغ يوان ، وليبو فو ، وندا كاو ، وباجيج كوما ، وميشيل جيريتس ، وخوان سي. مياو ، سونغ فنغ ، شيشانغ فنغ ، كارلوس كوينتيرو نودا ، باسيليو رويز كوبو وجيانغتاو سو ، 25 مايو 2023 ، علم الفلك الطبيعي.
DOI: 10.1038 / s41550-023-01973-3