Как самое холодное солнечное пятно управляет короной в миллион градусов

с данными из[{» 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.

Видео, демонстрирующее наблюдения тангенциального движения солнечных пятен в высоком разрешении. Авторы и права: NJIT-BBSO, Юань и др., Nature Astronomy, 2023 г.

Чтобы исследовать, команда измерила активность, связанную с несколькими темными особенностями, обнаруженными в активном солнечном пятне, зарегистрированными 14 июля 2015 года с помощью GST BBSO, включая тангенциальные колебательные движения плазменных волокон в тени пятна, где магнитное поле более чем в 6000 раз сильнее. чем у Земли.

«Волокна выглядят как конические структуры с типичной высотой 500–1000 км и шириной около 100 км», — пояснил Василий Юрчишин, профессор гелиофизики NJIT-CSTR и старший научный сотрудник BBSO. «Им две-три минуты, и они, как правило, снова появляются в одном и том же месте в самых темных частях тени, где магнитные поля самые сильные».

«Эти темные динамические волокна долгое время наблюдались в области солнечной тени, но впервые наша команда смогла обнаружить боковые колебания, которые являются проявлениями быстрых волн», — сказал Цао. «Эти непрерывные и вездесущие поперечные волны в сильно намагниченных волокнах несут энергию вверх по вертикально длинным магнитным каналам и способствуют нагреву верхних слоев атмосферы Солнца».

Анатомия нашего солнца. Кредит: ЕКА

Путем численного моделирования этих волн команда подсчитала, что передаваемая энергия может быть в тысячи раз сильнее, чем потери энергии в плазме активной области в верхних слоях атмосферы Солнца — рассеиваемая энергия на четыре порядка больше, чем скорость нагрева. необходимо для его поддержания. Температура палящей плазмы повышается в короне.

«Различные волны наблюдались повсюду на Солнце, но их энергия обычно слишком мала, чтобы нагреть корону», — сказал Юрчешин. «Быстрые волны, обнаруженные в солнечных пятнах, являются постоянным и эффективным источником энергии, который может быть ответственен за нагрев короны над солнечными пятнами».

На данный момент, говорят исследователи, новые результаты не только революционизируют наш взгляд на солнечные пятна, но и обеспечивают еще один важный шаг в продвижении понимания физиками процессов передачи энергии и нагревания солнечной короны.

Однако вопросы о проблеме нагрева короны все еще остаются.

«Хотя эти результаты являются шагом вперед к разгадке тайны, поток энергии, исходящий от солнечных пятен, может быть ответственен только за нагрев тех петель, которые уходят корнями в солнечные пятна», — сказал Као. Между тем, есть и другие области без солнечных пятен, связанные с горячими корональными кольцами, которые все еще ждут своего объяснения. Мы ожидаем, что GST/BBSO продолжит предоставлять данные наблюдений с самым высоким разрешением, чтобы раскрыть больше тайн нашей звезды».

Ссылка: «Поперечные колебания и источник энергии в сильно намагниченном солнечном пятне» Дин Юань, Либо Фу, Венда Цао, Баджидж Кома, Мишель Геретс и Хуан С. Мяо, Сун Фэн, Сишан Фэн, Карлос Кинтеро Нода, Базилио Руис Кобо и Цзянтао Су, 25 мая 2023 г., естественная астрономия.
DOI: 10.1038/s41550-023-01973-3