En banebrydende ny måling fra rumfartøjet Solar Orbiter og Parker Solar-sonden bringer forskere tættere end nogensinde på at løse et mangeårigt mysterium omkring solen. Mærkeligt nok er vores værtsstjernes atmosfære, eller korona, utrolig varmere end solens overflade på trods af at den er længere væk fra den åbenlyse kilde til solens varme – og dette er en gåde, der har bekymret fysikere i omkring 65 år.
Samarbejdet mellem disse to instrumenter blev muliggjort, da Solar Orbiter, drevet af European Space Agency (ESA), udførte noget rumgymnastik. Disse manøvrer gjorde det muligt for rumfartøjet at observere solen og NASAs Parker Solar Probe samtidigt. I sidste ende gav dette mulighed for samtidige solobservationer mellem de to, hvilket tilsammen indikerede, at turbulensen sandsynligvis opvarmer solkoronaen til utrolige temperaturer.
“Evnen til at bruge både Solar Orbiter og Parker Solar Probe åbnede virkelig en helt ny dimension i denne forskning,” sagde Gary Zank, medforfatter til en undersøgelse af resultaterne og en forsker ved University of Alabama i Huntsville. sagde i en erklæring.
Dette samarbejde kunne endelig løse det såkaldte “koronale varmemysterium”, som drejer sig om varmeforskellen mellem koronaen, lavet af tynd, tåget elektrisk ladet gas kaldet plasma, og solens overflade eller fotosfære.
Relaterede: Forskere kan endelig finde ud af, hvorfor Solens ydre atmosfære er så mærkeligt varm
Hvad er mysteriet med koronal opvarmning?
Coronaen kan nå temperaturer på op til 1,8 millioner grader Fahrenheit (1.000.000 grader Celsius), mens 1.600 miles under den når fotosfæren kun temperaturer på omkring 10.800 grader Fahrenheit (6.000 grader Celsius).
Dette er en bekymrende kendsgerning, fordi solens kerne, hvor kernefusionen af brint til helium finder sted, er det sted, hvor langt størstedelen af solvarmen kommer fra. Det er som om luften omkring en fod over et lejrbål er varmere end luften en tomme væk fra flammerne.
Varmemismatchet betyder også, at der skal være en anden varmemekanisme i spil direkte ved kronen. Indtil nu har denne mekanisme unddraget sig forskerne, men turbulens i solens atmosfære, der opvarmer koronalplasmaet betydeligt, har længe været betragtet som en plausibel forklaring. Denne hypotese var dog umulig at undersøge med data fra et rumfartøj.
Satellitter kan studere solen på to måder: De kan komme tættere på og foretage in situ målinger, som NASAs Parker Solar Probe gør, eller de kan foretage mere fjernundersøgelser som Solar Orbiter. Solar Orbiter studerer koronaen fra omkring 26 millioner miles (42 millioner kilometer) væk fra solen, mens Parker Solar Probe udfordrer solens flammende plasma, når den passerer omkring 4 millioner miles (6,4 millioner km) fra soloverfladen.
Men der er en afvejning mellem de to tilgange.
Fjernmåling kan se omfattende detaljer om solen, men lider, når det kommer til at foretage observationer om, hvilken fysik der er på spil i koronalplasmaet. På den anden side kan in situ-observationer måle det plasma mere detaljeret, men har en tendens til at gå glip af det større solbillede.
Dette betyder, at vi ved at kombinere storskalamålinger af begivenheder på Solen foretaget af Solar Orbiter med detaljerede observationer af det samme fænomen lavet af Parker Solar Probe kunne præsenteres for det komplette billede af Solen med alle de indviklede detaljer udfyldt. – det bedste fra begge verdener.
Dette er dog ikke så enkelt, som det ser ud til. For at lette dette samarbejde skulle Parker Solar Probe være i synsfeltet af et af Solar Orbiters instrumenter, da de to observerer solen fra deres relative positioner.
Hvordan videnskabsmænd fik det “bedste fra begge verdener” til potentielt at løse et solmysterium
Et hold af astronomer, inklusive forsker Daniele Telloni fra National Institute for Astrophysics (INAF), opdagede, at den 1. juni 2022 ville de to solobservatorier være inden for kort afstand fra den ønskede orbitalkonfiguration for at deltage i et sådant hold.
Mens Solar Orbiter ville se på solen, ville Parker Solar Probe være lige ude til siden, kun lidt ude af syne af ESA-rumfartøjets Metis-instrument, en enhed kaldet en “coronagraph”, der blokerer lys fra solen. fotosfære til at afbilde koronaen og er ideel til fjernobservationer i stor skala.
Relaterede historier:
— En ekstraordinær soltornado svinger i rummet over den klare sol
— Hvad er Indiens Aditya-L1-solmission?
— Neptuns skyer er forsvundet, og solen kan være skylden
For perfekt at justere de to rumfartøjer og bringe Parker Solar Probe inden for syne af Metis, udførte Solar Orbiter en 45-graders rotation og blev derefter peget lidt væk fra solen.
De data, der blev indsamlet efter denne velplanlagte og autoriserede manøvre af rumfartøjets operationsteam, gav pote og afslørede turbulens, der faktisk kunne overføre energi på den måde, som solfysikere teoretisk havde forudsagt ville forårsage koronal opvarmning.
Turbulens driver koronal opvarmning på samme måde som det, der sker, når der røres kaffe her på Jorden. Energi overføres i mindre skala gennem tilfældige bevægelser i en væske eller gas – kaffe og plasma – og dette omdanner denne energi til varme. I tilfældet med koronaen er plasmaet magnetiseret, og det betyder, at den lagrede magnetiske energi også kan omdannes til varme.
Overførslen af magnetisk og bevægelse eller kinetisk energi fra større skalaer til mindre skalaer er selve essensen af denne turbulens, og på mindre skalaer tillader fluktuationerne at interagere med individuelle partikler, for det meste positivt ladede protoner, og opvarmer dem.
Dette betyder dog ikke, at mysteriet om koronal opvarmning er “en lukket sag”. Solforskere har endnu ikke bekræftet den mekanisme, der foreslås af disse fund, og samarbejdet mellem Parker Solar Probe og Solar Orbiter.
“Dette er en videnskabelig første gang. Dette arbejde repræsenterer et væsentligt skridt fremad i at løse problemet med koronal opvarmning,” sagde Daniel Müller, Solar Orbiter-projektforsker.
Holdets forskning blev offentliggjort torsdag (14. september) i Astrophysical Journal Letters.