Wetenschappers onthullen het verborgen mechanisme achter de extreem hete zonnecorona

Al decennia lang puzzelen wetenschappers over een van de meest mysterieuze aspecten van onze zon: waarom is de zonnecorona, de buitenste laag van de atmosfeer van de zon, meer dan 200 keer heter dan het oppervlak?

Terwijl het oppervlak van de zon brandt in een verzengende vlam 10.000 graden Fahrenheitcoronatemperaturen bereiken ongeveer 2 miljoen graden Fahrenheit. Dit contra-intuïtieve temperatuurverschil heeft onderzoekers in verwarring gebracht sinds het voor het eerst werd geïdentificeerd in 2015 1939. Nu baanbrekend onderzoek van Princeton Plasmafysica Laboratorium (PPPL) Het zou wel eens het meest overtuigende antwoord tot nu toe kunnen zijn op dit zonnemysterie.

Gereflecteerde Alfvévén-golven: een doorbraak in de zonnewetenschap

De sleutel tot het oplossen van deze puzzel lijkt in gedrag te liggen Plasmagolvenspeciaal Alfvén zwaait– Oscillaties in het plasma aangedreven door magnetische velden. Deze golven werden voor het eerst voorspeld Nobelprijswinnaar Hannes Alvvéngedragen ze zich enigszins als de trillingen van gitaarsnaren, behalve dat ze zich door het plasma voortplanten. Laatste onderzoek, geleid door Sayak baas En zijn team bij PPPL suggereert dat Alvvén-golven weerspiegelden in Coronale gaten (gebieden met een lage dichtheid in de corona) zouden de bron kunnen zijn van de intense hitte die wordt waargenomen in de zonnecorona.

“Wetenschappers weten dat coronale gaten hoge temperaturen hebben, maar het basismechanisme dat verantwoordelijk is voor de opwarming is nog niet goed begrepen”, legt Bose uit. “Onze resultaten laten zien dat plasmagolfreflectie dit werk kan doen. Dit is het eerste laboratoriumexperiment dat aantoont dat Alfvén-golven worden gereflecteerd onder omstandigheden die relevant zijn voor coronale gaten.”

Onderzoek gepubliceerd in Astrofysisch tijdschriftHet vertegenwoordigt het eerste experimentele bewijs dat deze golven energie kunnen reflecteren en terugsturen naar de bron. Volgens de bevindingen van het team creëert deze gereflecteerde energie… Stoornis In het plasma, dat op zijn beurt de moleculen verwarmt tot de extreme temperaturen die in de corona worden waargenomen.

Experimentele verificatie en simulatie

Om hun hypothese te testen, gebruikten Bose en zijn team… Groot plasma-apparaat (LAPD) in Universiteit van CaliforniëZe genereerden Alfvén-golven in een plasmakolom van 20 meter lang, ontworpen om de omstandigheden van de coronale gaten van de zon te simuleren. De resultaten waren duidelijk: wanneer de golven gebieden tegenkwamen met een variërende plasmadichtheid en magnetische veldsterkte – omstandigheden die een corona nabootsen – reflecteerden ze terug naar hun bron. Deze reflectie zorgde ervoor dat de golven met elkaar in wisselwerking stonden, waardoor turbulentie ontstond die het plasma kon verwarmen.

“Natuurkundigen hebben lange tijd de hypothese aangenomen dat Alfvén-golfreflectie de vreemde opwarming van coronale gaten zou kunnen verklaren,” zei hij. Jason Tenbarggastonderzoeker bij PPPL. “Dit werk levert het eerste experimentele bewijs dat niet alleen Alfvén-golfreflectie mogelijk is, maar ook dat de gereflecteerde energie voldoende is om coronale gaten te verwarmen.”

Het team voerde ook uit Computersimulatie van de experimentele opstelling, wat hun bevindingen bevestigt. Deze simulaties vormden een verdere bevestiging dat Alfvén-golfreflecties kunnen optreden onder omstandigheden die voorkomen in de zonnecorona, wat een krachtig model oplevert om te begrijpen hoe de buitenste atmosfeer van de zon deze extreme temperaturen bereikt.

Implicaties voor het begrijpen van ruimteweer

Deze ontdekking heeft belangrijke implicaties die verder gaan dan alleen het oplossen van een al lang bestaand wetenschappelijk mysterie. Door licht te werpen op de manier waarop energie door de atmosfeer van de zon beweegt, kan het onderzoek ons ​​begrip ervan verbeteren Ruimteweer– Stromen van geladen deeltjes, of Zonnewinduitgezonden door de zon die invloed kan hebben Het magnetische veld van de aarde. Deze zonnewinden kunnen verstrekkende gevolgen hebben, van het verstoren van satellietcommunicatie tot… GPS-systemen Om schommelingen in elektriciteitsnetwerken te veroorzaken.

Inzicht in het mechanisme achter corona-opwarming zou tot betere voorspellingen kunnen leiden Zonne-activiteitinbegrepen Zonnevlammen En Coronale massa-ejectie– Krachtige explosies van zonnewind en magnetische velden die grote verstoringen van de technologie van de aarde kunnen veroorzaken. “Wat we hier zien is het diepgaande effect dat Alfvén-golven niet alleen op de zon kunnen hebben, maar ook op het ruimteweer”, aldus Tenbarg.

De volgende grens in onderzoek naar zonne-energie

Deze doorbraak in het begrijpen van de zon Coronale verwarming Het is een belangrijke stap voorwaarts, maar er zijn nog veel vragen die we moeten beantwoorden. Terwijl het werd weerspiegeld Alfvén zwaait Deze factoren lijken een sleutelrol te spelen bij het verwarmen van coronale gaten, en onderzoekers willen deze bevindingen nu toepassen op andere delen van de corona en onderzoeken of soortgelijke mechanismen de verwarming in andere delen van de zonneatmosfeer kunnen verklaren.

“Dit werk is nog maar het begin”, zei Boz. “We hebben grote vooruitgang geboekt bij het begrijpen van de dynamiek van coronale gaten, maar er valt nog veel meer te onderzoeken. De fysica van Alfvén-golfreflectie is complex en absoluut fascinerend hoe fundamentele natuurkundige experimenten en simulaties ons begrip van de natuur dramatisch kunnen verbeteren systemen zoals onze zon.

Terwijl het onderzoek naar zonne-energie voortduurt, wordt de combinatie… Laboratoriumexperimenten En Computersimulatie Het zal waarschijnlijk van cruciaal belang zijn bij het onthullen van meer geheimen van de zon en andere sterren. De ontdekking van het Princeton-team opent de deur naar nieuwe onderzoeksmethoden die ons begrip van de invloed van de zon op… Ruimteweer En de bredere impact ervan op het leven hier op aarde.