Przez dziesięciolecia naukowców zastanawiał znaczący paradoks: dlaczego zewnętrzna atmosfera Słońca, korona, jest o wiele gorętsza – o miliony stopni – niż jego widoczna powierzchnia, która ma temperaturę około 9932 stopni Fahrenheita (5500 stopni Celsjusza). Teraz, korzystając z najpotężniejszego na świecie teleskopu słonecznego, naukowcy zaobserwowali skręcone fale magnetyczne – odkrycie, które może pomóc w rozwiązaniu tej długotrwałej tajemnicy.
Odkrycie fal toroidalnych Alfvéna
Zespół badawczy, korzystając z danych z Teleskopu Daniela K. Inouye na Hawajach, bezpośrednio zaobserwował niewielkie zakręty w polu magnetycznym Słońca, a konkretnie toroidalne fale Alfvéna. Przewidziane w 1942 roku przez szwedzkiego laureata Nagrody Nobla Hannesa Alfvéna fale te są zakłóceniami magnetycznymi rozchodzącymi się w plazmie słonecznej – przegrzanym, naładowanym elektrycznie gazie. Podczas gdy większe wersje tych fal były wcześniej kojarzone z rozbłyskami słonecznymi, te mniejsze, trwałe fale wirujące pozostawały dotychczas nieuchwytne.
„To odkrycie oznacza koniec trwających dziesięć lat poszukiwań tych fal, które rozpoczęły się w latach czterdziestych XX wieku” – powiedział Richard Morton, profesor na Uniwersytecie Northumbria w Wielkiej Brytanii, który kierował badaniami.
Dlaczego te fale mają znaczenie: tajemnica ogrzewania słonecznego
Naukowcy od dawna podejrzewali, że te małe fale są w stanie w sposób ciągły przenosić energię z powierzchni Słońca do jego atmosfery. Proces ten będzie zasilał wiatr słoneczny i, co najważniejsze, podgrzeje koronę do niewiarygodnych temperatur. Wyniki stanowią mocne wsparcie dla modeli teoretycznych próbujących wyjaśnić, w jaki sposób turbulencje magnetyczne transportują i rozpraszają energię w górnych warstwach atmosfery Słońca. Dzięki bezpośrednim obserwacjom badacze mogą teraz testować te modele na podstawie tego, co faktycznie zaobserwowali.
Bezprecedensowe obserwacje Słońca
Aby wyciągnąć swoje wnioski, zespół Mortona wykorzystał Teleskop Inouye, który generuje obrazy Słońca o najwyższej rozdzielczości, jakie kiedykolwiek uzyskano. Teleskop o szerokości czterech metrów pozwala wykryć subtelne zmiany światła, ujawniając przepływ plazmy przez koronę z niespotykaną dotąd szczegółowością.
Gdy teleskop został uruchomiony w październiku 2023 r., zespół śledził atomy żelaza podgrzane do oszałamiającej temperatury 1,6 miliona stopni Celsjusza i zaobserwował słabe przesunięcia czerwieni i błękitu po przeciwnych stronach pętli magnetycznych. Te przesunięcia są charakterystyczną cechą skręconych fal Alfvéna.
Technika: Spektroskopia i ruch utajony
Skręcenie linii pola magnetycznego Słońca jest subtelne, co utrudnia bezpośrednie wykrycie go na zdjęciach. Dlatego zespół zastosował technikę zwaną spektroskopią, która mierzy, w jaki sposób gorący gaz przemieszcza się w kierunku Ziemi lub od niej. Ruch ten subtelnie zmienia kolor światła – czerwony, gdy się oddala, i niebieski, gdy się zbliża – odsłaniając w ten sposób ukryty, zakręcony wzór w atmosferze Słońca.
„Ruch plazmy w koronie słonecznej napędzany jest głównie ruchem oscylacyjnym” – wyjaśnił Morton. „Musiałem opracować sposób usuwania wibracji, aby wyizolować i zidentyfikować skręcenie”.
Wyniki: Ciągły ruch i transfer energii
Wyniki pokazują, że nawet w najcichszych obszarach Słońca korona jest wypełniona toroidalnymi falami Alfvéna. Fale te stale obracają linie pola magnetycznego Słońca, przenosząc energię w górę przez warstwy słoneczne. Ten transfer energii z niższych warstw atmosfery do korony ostatecznie uwalnia ciepło, dostarczając nowego wglądu w tajemnicę, dlaczego korona Słońca jest o wiele gorętsza niż jej powierzchnia.
Dla Mortona i jego współpracowników to długo oczekiwane odkrycie otwiera nowe kierunki badań nad tym, w jaki sposób fale te rozprzestrzeniają się i ostatecznie rozpraszają energię w koronie.
Odkrycie stanowi znaczący krok naprzód w zrozumieniu złożonej dynamiki Słońca i jego atmosfery, obiecując rzucić światło na jedną z najtrwalszych tajemnic fizyki Słońca.
