Un fenomen detectat pentru prima dată în vântul solar ar putea ajuta la rezolvarea unui mister de lungă durată despre soare: de ce atmosfera solară este cu milioane de grade mai fierbinte decât suprafața.

Imagini de la IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph), aflat pe orbita Pământului, și de la AIA (Atmospheric Imaging Assembly), arată dovezi că buclele magnetice joase sunt încălzite la milioane de grade Kelvin.

Cercetătorii susțin că ionii mai grei, cum ar fi siliciul, sunt încălziți în mod preferențial atât în vântul solar, cât și în regiunea de tranziție dintre cromosfera și coroana Soarelui.

Acolo, buclele de plasmă magnetizată se arcuiesc continuu, nu spre deosebire de verii lor din coroana de deasupra. Ele sunt mult mai mici și greu de analizat, dar s-a crezut de mult timp că adăpostesc mecanismul acționat magnetic care eliberează explozii de energie sub formă de nanoflăcări.

Fizicianul solar de la Universitatea Rice, Stephen Bradshaw, și colegii săi s-au numărat printre cei care bănuiau acest lucru, dar niciunul nu avea suficiente dovezi înainte de IRIS.

Spectrometrul de mare zbor a fost construit special pentru a observa regiunea de tranziție. În studiu, care apare în Nature Astronomy, cercetătorii descriu „străluciri” în buclele de reconectare care conțin semnături spectrale puternice ale oxigenului și, mai ales, ale ionilor de siliciu mai grei.

Echipa formată din Bradshaw, fostul său student și autorul principal Shah Mohammad Bahauddin, acum membru al facultății de cercetare la Laboratorul pentru Fizica Atmosferei și Spațiului de la Universitatea din Colorado Boulder, și astrofizicianul NASA Amy Winebarger au studiat imaginile IRIS capabile să rezolve detaliile acestor bucle din regiunea de tranziție și să detecteze buzunare de plasmă super-încălzită. Imaginile le permit să analizeze mișcările și temperaturile ionilor din interiorul buclelor prin intermediul luminii pe care aceștia o emit, citită ca linii spectrale care servesc drept „amprente” chimice.”

„Este în liniile de emisie unde este imprimată toată fizica”, spune Bradshaw, profesor asociat de fizică și astronomie. „Ideea a fost să aflăm cum sunt încălzite aceste structuri minuscule și să sperăm să spunem ceva despre cum este încălzită coroana însăși. Acesta ar putea fi un mecanism omniprezent care funcționează în întreaga atmosferă solară.”

Imaginile dezvăluie spectrele punctelor fierbinți în care liniile au fost lărgite de efectele termice și Doppler, indicând nu numai elementele implicate în nanoflăcări, ci și temperaturile și vitezele lor.

La punctele fierbinți, ei au descoperit jeturi de reconectare care conțin ioni de siliciu care se deplasează spre (cu deplasare în albastru) și se îndepărtează de observator (IRIS) (cu deplasare în roșu) cu viteze de până la 100 de kilometri pe secundă. Nu a fost detectată nicio deplasare Doppler pentru ionii de oxigen, mai ușori.

Cercetătorii au studiat două componente ale mecanismului: modul în care energia iese din câmpul magnetic și apoi modul în care aceasta încălzește efectiv plasma.

Regiunea de tranziție are doar aproximativ 10.000 de grade Fahrenheit, dar convecția de la suprafața soarelui afectează buclele, răsucind și împletind firele magnetice subțiri care le compun și adaugă energie câmpurilor magnetice care încălzesc în cele din urmă plasma, spune Bradshaw. „Observațiile IRIS au arătat că acest proces are loc și suntem destul de siguri că cel puțin un răspuns la prima parte este prin reconectarea magnetică, ale cărei jeturi sunt o semnătură cheie”, spune el.

În acest proces, câmpurile magnetice ale firelor de plasmă se rup și se reconectează la locurile de împletire în stări de energie mai joasă, eliberând energia magnetică stocată. Acolo unde are loc acest lucru, plasma devine supraîncălzită.

Dar modul în care energia magnetică eliberată încălzește plasma a rămas o enigmă până acum. „Ne-am uitat la regiunile din aceste mici structuri în buclă unde avea loc reconectarea și am măsurat liniile de emisie ale ionilor, în principal siliciu și oxigen”, spune el. „Am descoperit că liniile spectrale ale ionilor de siliciu erau mult mai largi decât cele ale oxigenului.”

Aceasta a indicat încălzirea preferențială a ionilor de siliciu. „Trebuia să explicăm acest lucru”, spune Bradshaw. „Ne-am uitat și ne-am gândit și s-a dovedit că există un proces cinetic numit încălzire ciclotronică a ionilor care favorizează încălzirea ionilor grei în detrimentul celor mai ușori.”

El spune că undele ciclotronice ionice sunt generate la locurile de reconectare. Undele purtate de ionii mai grei sunt mai susceptibile la o instabilitate care face ca undele să se „spargă” și să genereze turbulențe, care împrăștie și energizează ionii. Acest lucru le lărgește liniile spectrale dincolo de ceea ce ar fi de așteptat doar din cauza temperaturii locale a plasmei. În cazul ionilor mai ușori, s-ar putea să nu mai existe suficientă energie pentru a-i încălzi. „În caz contrar, ei nu depășesc viteza critică necesară pentru a declanșa instabilitatea, care este mai rapidă pentru ionii mai ușori”, spune el.

„În vântul solar, ionii mai grei sunt semnificativ mai fierbinți decât ionii mai ușori”, spune Bradshaw. „Acest lucru a fost măsurat în mod definitiv. Studiul nostru arată pentru prima dată că aceasta este, de asemenea, o proprietate a regiunii de tranziție și, prin urmare, ar putea persista în întreaga atmosferă datorită mecanismului pe care l-am identificat, inclusiv încălzirea coroanei solare, mai ales că vântul solar este o manifestare a coroanei care se extinde în spațiul interplanetar.”

Întrebarea următoare, spune Bahauddin, este dacă astfel de fenomene se întâmplă în același ritm peste tot pe Soare. „Cel mai probabil, răspunsul este nu”, spune el. „Atunci întrebarea este: cât de mult contribuie ele la problema încălzirii coronale? Pot ele furniza suficientă energie atmosferei superioare astfel încât să poată menține o coroană de mai multe milioane de grade?

„Ceea ce am arătat pentru regiunea de tranziție a fost o soluție la o piesă importantă a puzzle-ului, dar imaginea de ansamblu necesită ca mai multe piese să cadă la locul potrivit”, spune Bahauddin. „Cred că IRIS va fi capabil să ne spună despre piesele cromosferice în viitorul apropiat. Acest lucru ne va ajuta să construim o teorie unificată și globală a atmosferei solare.”

.