Tientallen jaren lang hebben wetenschappers zich verbaasd over een belangrijke paradox: hoe de buitenste atmosfeer van de zon, de corona, veel heter is – miljoenen graden – dan het zichtbare oppervlak, dat ongeveer 5.500 graden Celsius bedraagt. Nu hebben onderzoekers met behulp van de krachtigste zonnetelescoop ter wereld kronkelende magnetische golven waargenomen, een ontdekking die zou kunnen helpen dit al lang bestaande mysterie te ontrafelen.
De ontdekking van torsie-Alfvén-golven
Het onderzoeksteam heeft met behulp van gegevens van de Daniel K. Inouye Solar Telescope op Hawaï rechtstreeks kleinschalige magnetische wendingen op de zon waargenomen, met name torsie-Alfvén-golven. Deze golven, voorspeld in 1942 door de Zweedse Nobelprijswinnaar Hannes Alfvén, zijn magnetische verstoringen die zich voortplanten door het plasma van de zon, een oververhit, elektrisch geladen gas. Hoewel grotere versies van deze golven eerder in verband zijn gebracht met zonnevlammen, zijn deze kleinere, constant draaiende golven tot nu toe ongrijpbaar gebleven.
“Deze ontdekking markeert het einde van een decennialange zoektocht naar deze golven, waarvan de oorsprong teruggaat tot de jaren veertig van de vorige eeuw”, zegt Richard Morton, een professor aan de Northumbria University in Groot-Brittannië, die het onderzoek leidde.
Waarom deze golven ertoe doen: de puzzel op zonne-energie
Wetenschappers hebben lang vermoed dat deze kleinschalige golven voortdurend energie van het oppervlak van de zon naar de atmosfeer kunnen overbrengen. Dit proces zou de zonnewind aandrijven en, cruciaal, de corona tot ongelooflijke temperaturen verwarmen. De resultaten bieden krachtige ondersteuning voor theoretische modellen die proberen uit te leggen hoe magnetische turbulentie energie transporteert en verspreidt in de bovenste atmosfeer van de zon. Dankzij directe observaties kunnen onderzoekers deze modellen nu testen aan de hand van wat ze feitelijk waarnemen.
Ongekende waarnemingen van de zon
Om tot hun conclusies te komen, maakte het team van Morton gebruik van de Inouye Solar Telescope, die beelden van de zon met de hoogste resolutie ooit vastlegt. De vier meter breedte van de telescoop maakt detectie van zwakke lichtverschuivingen mogelijk, waardoor wordt onthuld hoe plasma in ongekend detail door de corona stroomt.
Tijdens de ingebruikname van de telescoop in oktober 2023 volgde het team ijzeratomen die tot een verbazingwekkende 1,6 miljoen graden Celsius waren verhit en observeerde het zwakke rode en blauwe verschuivingen aan weerszijden van magnetische lussen. Deze verschuivingen zijn het kenmerkende kenmerk van kronkelende Alfvén-golven.
De techniek: spectroscopie en verborgen beweging
De verdraaiing van de magnetische veldlijnen van de zon is subtiel, waardoor deze moeilijk direct in beelden waar te nemen is. Daarom gebruikte het team een techniek genaamd spectroscopie, die meet hoe heet gas zich naar de aarde toe of van de aarde af beweegt. Deze beweging verandert op subtiele wijze de kleur van het licht – rood als het weggaat, blauw als het dichterbij komt – waardoor het verborgen kronkelende patroon in de atmosfeer van de zon zichtbaar wordt.
“De beweging van plasma in de corona van de zon wordt grotendeels gedomineerd door zwaaiende bewegingen”, legt Morton uit. “Ik moest een manier ontwikkelen om het zwaaien te verwijderen om het draaien te isoleren en te identificeren.”
De resultaten: constante beweging en energieoverdracht
Uit de bevindingen blijkt dat zelfs in de meest rustige gebieden van de zon de corona gevuld is met torsie-Alfvén-golven. Deze golven roteren voortdurend de magnetische veldlijnen van de zon en transporteren energie naar boven door de zonnelagen. Dit energietransport van de lagere atmosfeer naar de corona resulteert uiteindelijk in het vrijkomen van warmte, wat nieuwe inzichten oplevert in het mysterie van het feit dat de corona van de zon aanzienlijk heter is dan het oppervlak.
Voor Morton en zijn collega’s opent deze lang gezochte detectie nieuwe onderzoeksmogelijkheden naar hoe deze golven zich voortplanten en uiteindelijk energie verspreiden binnen de corona.
De ontdekking vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in het begrijpen van de complexe dynamiek van de zon en zijn atmosfeer, en belooft licht te werpen op een van de meest duurzame puzzels in de zonnefysica.
