Wetenschappers hebben NASA-gegevens en geavanceerde beeldverwerking gecombineerd om nieuw inzicht te krijgen in de zonnestructuren die de stroom van snelle zonnewind door de zon creëren, gedetailleerd in nieuw onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift. Deze eerste blik op relatief kleine functies, genaamd "pluimen, " zou wetenschappers kunnen helpen begrijpen hoe en waarom zich verstoringen vormen in de zonnewind.

De magnetische invloed van de zon strekt zich uit over miljarden kilometers, ver voorbij de baan van Pluto en de planeten, bepaald door een drijvende kracht:de zonnewind. Deze constante uitstroom van zonnemateriaal voert het magnetische veld van de zon de ruimte in, waar het de omgevingen rond de aarde vormt, andere werelden, en in de uithoeken van de verre ruimte. Veranderingen in de zonnewind kunnen ruimteweereffecten veroorzaken die niet alleen de planeten, maar ook menselijke en robotverkenners door het hele zonnestelsel - en dit werk suggereert dat relatief kleine, voorheen onontgonnen kenmerken dicht bij het oppervlak van de zon zouden een cruciale rol kunnen spelen in de eigenschappen van de zonnewind.

"Dit toont het belang aan van kleinschalige structuren en processen op de zon voor het begrijpen van het grootschalige zonnewind- en ruimteweersysteem, " zei Vadim Uritsky, een zonnewetenschapper aan de Katholieke Universiteit van Amerika en NASA's Goddard Space Flight Center, die de studie leidde.

Zoals alle zonnemateriaal, dat bestaat uit een soort geïoniseerd gas dat plasma wordt genoemd, de zonnewind wordt gecontroleerd door magnetische krachten. En de magnetische krachten in de atmosfeer van de zon zijn bijzonder complex:het zonneoppervlak wordt doorgeregen met een voortdurend veranderende combinatie van gesloten lussen van magnetisch veld en open magnetische veldlijnen die zich uitstrekken tot in het zonnestelsel.

Het is langs deze open magnetische veldlijnen dat de zonnewind van de zon de ruimte in ontsnapt. Gebieden met een open magnetisch veld op de zon kunnen coronale gaten creëren, flarden met een relatief lage dichtheid die verschijnen als donkere vlekken in bepaalde ultraviolette beelden van de zon. Vaak, ingebed in deze coronale gaten zijn geisers van zonnemateriaal die dagen achtereen vanaf de zon naar buiten stromen, pluimen genoemd. Deze zonnepluimen lijken helder in extreem ultraviolette beelden van de zon, waardoor ze gemakkelijk zichtbaar zijn voor observatoria zoals NASA's Solar Dynamics Observatory-satelliet en andere ruimtevaartuigen en instrumenten. Als gebieden met bijzonder dicht zonnemateriaal in een open magnetisch veld, pluimen spelen een grote rol bij het creëren van de snelle zonnewind, wat betekent dat hun attributen de kenmerken van de zonnewind zelf kunnen bepalen.

Met behulp van observaties met hoge resolutie van NASA's Solar Dynamics Observatory-satelliet, of SDO, samen met een voor dit werk ontwikkelde beeldverwerkingstechniek, Uritsky en medewerkers ontdekten dat deze pluimen eigenlijk bestaan ​​uit veel kleinere strengen materiaal, die ze pluimpjes noemen. Terwijl het geheel van de pluim zich uitstrekt over ongeveer 70, 000 mijl in SDO's afbeeldingen, de breedte van elke pluimstreng is slechts een paar duizend mijl in doorsnee, variërend van ongeveer 2, 300 mijl op zijn minst tot ongeveer 4, 500 mijl breed voor de breedste waargenomen pluimen.

Hoewel eerder werk heeft gesuggereerd op structuur binnen zonnepluimen, dit is de eerste keer dat wetenschappers pluimen scherp in beeld hebben waargenomen. De technieken die werden gebruikt om de beelden te verwerken, verminderden de "ruis" in de zonnebeelden, het creëren van een scherper beeld dat de pluimen en hun subtiele veranderingen in duidelijke details onthulde.

Hun werk, gericht op een zonnepluim waargenomen op 2-3 juli, 2016, laat zien dat de helderheid van de pluim bijna volledig afkomstig is van de individuele pluimen, zonder veel extra fuzz tussen structuren. Dit suggereert dat pluimen meer zijn dan alleen een kenmerk binnen het grotere systeem van een pluim, maar eerder de bouwstenen waaruit pluimen zijn gemaakt.

"Mensen zien al een tijdje structuur in en aan de basis van pluimen, " zei Judy Karpen, een van de auteurs van de studie en hoofd van het Space Weather Laboratory in de Heliophysics Science Division bij NASA Goddard. "Maar we hebben ontdekt dat de pluim zelf een bundel is van deze dichtere, vloeiende pluimen, dat is heel anders dan het beeld van pluimen dat we eerder hadden."

Ze ontdekten ook dat de pluimen individueel bewegen, elk oscilleert op zichzelf - wat suggereert dat het kleinschalige gedrag van deze structuren een belangrijke oorzaak zou kunnen zijn van verstoringen in de zonnewind, naast hun collectieve grootschalig gedrag.

Zoeken naar plumelet-signaturen

De processen die de zonnewind creëren, laten vaak handtekeningen achter in de zonnewind zelf - veranderingen in de snelheid van de wind, samenstelling, temperatuur, en magnetisch veld dat aanwijzingen kan geven over de onderliggende fysica op de zon. Zonnepluimen kunnen ook dergelijke vingerafdrukken achterlaten, meer onthullend over hun exacte rol in het ontstaan ​​van de zonnewind, hoewel het vinden en interpreteren ervan zijn eigen complexe uitdaging kan zijn.

Een belangrijke gegevensbron is NASA's Parker Solar Probe, dat dichter bij de zon is gevlogen dan enig ander ruimtevaartuig - tegen het einde van zijn missie afstanden van maar liefst 4 miljoen mijl van het zonneoppervlak bereikt - legt met hoge resolutie metingen vast van de zonnewind terwijl deze om de paar maanden langs de zon zwaait. Zijn observaties, dichter bij de zon en gedetailleerder dan die van eerdere missies, kan plumelet-signaturen onthullen.

In feite, een van de vroege en onverwachte bevindingen van Parker Solar Probe kan verband houden met pluimen. Tijdens zijn eerste zonnevlucht in november 2018, Parker Solar Probe observeerde plotselinge omkeringen in de magnetische veldrichting van de zonnewind, bijnaam "switchbacks." De oorzaak en de exacte aard van de haarspeldbochten is nog steeds een mysterie voor wetenschappers, maar kleinschalige structuren zoals plumelets zouden vergelijkbare handtekeningen kunnen produceren.

Het vinden van handtekeningen van de pluimen in de zonnewind zelf hangt ook af van hoe goed deze vingerafdrukken hun reis van de zon overleven - of dat ze ergens zouden worden uitgeveegd langs de miljoenen kilometers die ze van de zon naar onze observatoria in de ruimte afleggen.

Het evalueren van die vraag zal afhangen van verre observatoria, zoals ESA en NASA's Solar Orbiter, die al de dichtstbijzijnde foto's van de zon heeft gemaakt, inclusief een gedetailleerd beeld van het zonneoppervlak - beelden die alleen maar beter zullen worden naarmate het ruimtevaartuig dichter bij de zon komt. NASA's aanstaande PUNCH-missie, geleid door Craig DeForest, een van de auteurs van het onderzoek naar pluimen - zal bestuderen hoe de atmosfeer van de zon overgaat in de zonnewind en zou ook antwoorden op deze vraag kunnen geven.

"PUNCH zal direct observeren hoe de atmosfeer van de zon overgaat in de zonnewind, "zei Uritsky. "Dit zal ons helpen te begrijpen of de pluimen kunnen overleven terwijl ze zich van de zon voortplanten - of ze daadwerkelijk in de zonnewind kunnen worden geïnjecteerd."