En ny banbrytande mätning från rymdfarkosten Solar Orbiter och Parker Solar-sonden för forskare närmare än någonsin att lösa ett långvarigt mysterium om solen. Konstigt nog är vår moderstjärnas atmosfär, eller korona, häpnadsväckande varmare än solens yta, trots att den är längre bort från solens skenbara värmekälla – och det är ett mysterium som har förbryllat fysiker i cirka 65 år.
Samarbetet mellan dessa två instrument blev möjligt när Solar Orbiter, som drivs av European Space Agency (ESA), utförde några rymdbaserade gymnastikövningar. Dessa manövrar gjorde det möjligt för rymdfarkosten att samtidigt observera solen och NASA:s Parker Solar Probe. I slutändan möjliggjorde detta samtidiga solobservationer mellan de två, vilket tillsammans antydde att turbulens sannolikt värmde upp solkoronan till otroliga temperaturer.
“Förmågan att använda både Solar Orbiter och Parker Solar Probe har verkligen öppnat upp en helt ny dimension till denna forskning”, säger Gary Zank, medförfattare till en studie om resultaten och en forskare vid University of Alabama i Huntsville. sa i ett uttalande.
Detta team kunde äntligen lösa det så kallade “koronala uppvärmningspusslet”, som involverar värmeskillnaden mellan koronan, gjord av en tunn och dimmig elektriskt laddad gas som kallas plasma, och solens yta, eller fotosfären.
Relaterad: Forskare kan äntligen ta reda på varför solens yttre atmosfär är så otroligt varm
Vad är hemligheten med kranskärlsvärme?
Corona kan nå temperaturer på upp till 1,8 miljoner grader Fahrenheit (1 000 000 grader Celsius), medan fotosfären 1 000 miles nedanför bara når temperaturer på cirka 10 800 grader Fahrenheit (6 000 grader Celsius).
Detta är ett oroande faktum eftersom det mesta av solens värme kommer från solens kärna, där kärnfusion av väte till helium sker. Det är som att luften ungefär en fot ovanför en lägereld är varmare än luft bara en tum bort från lågorna.
Skillnaden i värme gör också att det måste finnas en annan värmemekanism på spel precis vid corona. Fram till nu har denna mekanism gäckat forskarna, men turbulens i solatmosfären, som avsevärt värmer upp koronalplasman, har länge ansetts vara en rimlig förklaring. Det var dock omöjligt att testa denna hypotes med hjälp av data från en rymdsond.
Satelliter kan studera solen på två sätt: De kan komma på nära håll och ta in situ-mätningar, som NASA:s Parker Solar Probe gör, eller de kan studera längre avstånd, som Solar Orbiter. Solar Orbiter studerar koronan från ett avstånd av cirka 26 miljoner miles (42 miljoner kilometer) från solen, medan Parker Solar Probe trotsar solens flammande heta plasma från cirka 4 miljoner miles (6,4 miljoner kilometer) från solens yta.
Det finns dock en avvägning mellan de två tillvägagångssätten.
Fjärranalys kan avslöja omfattande detaljer om solen, men har problem när det gäller att observera vilka fysiska processer som är på gång i koronalplasman. Å andra sidan kan observationer på plats mäta denna plasma mer detaljerat, men tenderar att missa den större solbilden.
Det betyder att en kombination av Solar Orbiters storskaliga mätningar av händelser på solen med Parker Solar Probes detaljerade observationer av samma fenomen skulle kunna ge oss en helhetsbild av solen i alla de invecklade detaljerna – det bästa av två världar.
Detta är dock inte så lätt som det låter. För att möjliggöra detta samarbete skulle Parker Solar Probe behöva vara inom synfältet för ett av Solar Orbiters instrument då de två observerar solen från sina relativa positioner.
Hur forskare uppnådde det “bästa av två världar” för att potentiellt lösa ett solmysterium
Ett team av astronomer, inklusive Daniele Telloni, en forskare vid det italienska nationella institutet för astrofysik (INAF), upptäckte att den 1 juni 2022 skulle de två solobservatorierna vara i omedelbar närhet av den önskade orbitalkonfigurationen för att ingå ett sådant samarbete .
Eftersom Solar Orbiter skulle vara vänd mot solen, skulle Parker Solar Probe placeras precis vid sidan av, bara en liten bit utom synhåll för ESA-rymdfarkostens Metis-instrument – en enhet som kallas “coronagraph” som fångar ljuset från Solen skyddar fotosfären för att avbilda koronan och är idealisk för storskaliga, avlägsna observationer.
Liknande inlägg:
— Fantastisk soltornado svänger ut i rymden över den glödande solen
— Vad är Indiens soluppdrag Aditya-L1?
— Neptunus moln har försvunnit, och solen kan ha skulden
För att perfekt rikta in de två rymdfarkosterna och få Parker Solar Probe att se Metis, utförde Solar Orbiter en 45-graders rullning och vände sedan något bort från solen.
Data som samlades in som ett resultat av denna välplanerade manöver, godkänd av rymdfarkostens operationsteam, gav resultat, avslöjade turbulens som faktiskt kunde överföra energi på det sätt som solfysiker teoretiskt hade förutspått, och att det var en skulle orsaka koronal uppvärmning.
Turbulensen driver koronal uppvärmning på ett sätt som liknar det som händer när kaffe rörs om här på jorden. Energi överförs till mindre skalor genom slumpmässiga rörelser i en vätska eller gas – kaffe och plasma – och omvandlas därmed till värme. När det gäller koronan magnetiseras plasma så att lagrad magnetisk energi också kan omvandlas till värme.
Överföringen av magnetisk och kinetisk energi från större till mindre skalor är själva kärnan i dessa turbulenser och, på de minsta skalorna, tillåter fluktuationerna att interagera med och värma individuella partiklar, vanligtvis positivt laddade protoner.
Det betyder dock inte att mysteriet med koronal uppvärmning är “löst”. Solforskare har ännu inte bekräftat mekanismen som föreslås av dessa resultat och av samarbetet mellan Parker Solar Probe och Solar Orbiter.
“Detta är en vetenskaplig förstagång. Detta arbete representerar ett betydande framsteg för att lösa problemet med koronal uppvärmning, säger Daniel Müller, forskare på Solar Orbiter-projektet.
Teamets forskning publicerades torsdagen (14 september) i Astrophysical Journal Letters.