Magneetvelden op de Zon zouden temperatuur van de corona kunnen verklaren

Wetenschappers vragen zich al lang af waarom de hete soep van geladen deeltjes in de atmosfeer van onze Zon heter wordt naarmate ze zich verder van het oppervlak van de Zon verwijderen.

Nieuw onderzoek heeft mogelijk het antwoord: de ontdekking dat de superhete aard van de buitenste atmosfeer van de Zon of “corona” te wijten zou kunnen zijn aan het intrigerende gedrag van kleinschalige golven in dit nevelige plasma. Deze golven, door wetenschappers “Kinetic Alfvén Waves” of KAW’s genoemd, zijn golfachtige trillingen van magnetische velden die zich manifesteren door bewegingen in de fotosfeer van de Zon.

De bevindingen zouden een belangrijke aanwijzing kunnen bieden voor het ontcijferen van het schijnbare fysica-tartende “coronale verwarmingsmysterie” van waarom de corona honderden keren heter is dan het zichtbare “oppervlak” of fotosfeer van de Zon die al het licht uitstraalt dat we van de Zon zien.

Het team achter dit onderzoek, onder leiding van Syed Ayaz van de universiteit van Alabama, theoretiseert dat KAW’s, naarmate ze zich voortplanten, de corona van de Zon verspreiden en verwarmen. Ze fungeren dus als een belangrijk, zij het kleinschalig, mechanisme voor de voerdracht van energie binnen het plasma van de Zon.

Volgens Ayaz zou dit fenomeen kunnen verklaren waarom het zichtbare oppervlak van de Zon ongeveer 5500 °C is, terwijl de corona, die het bovenste deel van de atmosfeer van de Zon vormt, meer dan 1 miljoen °C heet is.

Al decennia lang is bewezen dat Alfvén-golven de beste kandidaten zijn voor transport van energie van de ene naar de andere plek, aldus Ayaz. Tot nu toe heeft geen enkele zonne-ruimtemissie voorspellingen gedaan over deze verschijnselen dicht bij de Zon.

Hoe het mysterie van corona-opwarming de natuurkunde tart

Het grootste deel van de energie van de Zon komt uit de kern, waar kernfusie plaatsvindt. Dat betekent dat de Zon heter zou moeten worden naarmate men dieper in de Zon komt. De meeste lagen van onze ster gehoorzamen aan dit principe. De corona is echter, ondanks dat deze miljoen kilometers verder van de zonnekern verwijder is dan het oppervlak, nog steeds veel heter dan de fotosfeer.

Ayaz en zijn collega’s bestudeerden de invloed van KAW’s in het plasma dat tot op een hoogte zweeft die gelijk is aan 10 keer de straal van de Zon. Op zulke afstanden, wanneer de golven interacteren met het geladen plasma van de Zon dat vol zit met “ionen”, atomen die van hun elektronen zijn ontdaan, “verdwijnen ze snel en dragen hun energie volledig over aan plasmadeeltjes in de vorm van opwarming”, aldus Ayaz.

De bevindingen van het team suggereren dat energie van de golven de corona kan bereiken en deze kan opwarmen, hoewel het nog moet blijken hoeveel ze bijdragen aan de temperatuur van de corona.

A glowing orange ball is divided into yellow, red, orange, green and blue layers. A diagram showing the layers of the sun including the corona and the underlying photosphere (Image credit: NASA)

Volgens wetenschappers die niet betrokken waren bij dit onderzoek biedt het belangrijke inzichten in het kritieke probleem van hoe energie in een magnetisch veld wordt omgezet in warmte voor een plasma dat bestaat uit geladen deeltjes zoals protonen en elektronen.

De bevindingen van dit laatste onderzoek worden versterkt door gegevens van de Solar Orbiter van de ESA en het Solar Dynamics Observatory van de NASA. Het SDO ontdekte al eerder dat een ander soort hoogfrequente, boogachtige magnetische golf die zich door de corona voortplant, in de loop van de tijd ook grote hoeveelheden energie in de buitenste atmosfeer van de Zon kan dumpen, wat bijdraagt aan de opwarming van de hete laag.

Vergelijkbare processen die warmte leveren aan de corona van de Zon waren het onderwerp van een recente sondeerraketmissie van de NASA, de missie, genaamd NaGIXS-2, een afkorting voor de tweede vlucht van de Marshall Grazing Incidence X-Ray Spectrometer, werd half juli voor een paar minuten de ruimte in gelanceerd om röntgenstralen van de Zon te meten.

Die stralen zijn bijzonder veelzeggend voor hoe vaak er energie-uitbarstingen in onze ster vrijkomen, wat wetenschappers kan helpen meer te onthullen over hoe de corona wordt verhit.

Terwijl wetenschappers de puzzel blijven leggen over hoe de corona van de Zon zo heet wordt, worden andere verwarmingsmechanismen uitgesloten die verband houden met het magnetisch veld van de Zon uitgesloten. Zo vermoedden wetenschappers dat bepaalde S-vormige bochten in het magnetische veld van de Zon veel magnetische energie bevatten die wordt vrijgegeven in het omringende plasma, waardoor het wordt verhit en stormen worden versneld die zonnewinden veroorzaken.

Echter, een analyse van de 14 rondjes van de Parker Solar Probe rond de Zon, gerapporteerd in een apart artikel dat maandag werd gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters, vond geen bewijs van de gezochte eigenschap in de corona.

Mojtaba Akhavan-Tafti, een onderzoeker aan de universiteit van Michigan die het onderzoek leidde, merkte in een verklaring op dat de komende reizen van de Parker Solar Probe naar de Zon, waarschijnlijk al in december van dit jaar, meer inzicht kunnen geven in het decennia oude mysterie.

Het onderzoek van het team werd afgelopen week in The Astrophysical Journal gepubliceerd.

Eerste publicatie: 1 augustus 2024
Bron: space.com & anderen