De corona van de zon, onzichtbaar voor het menselijk oog, behalve wanneer het tijdens een zonsverduistering even verschijnt als een vurige halo van plasma, blijft een raadsel, zelfs voor wetenschappers die het nauwkeurig bestuderen. Gelegen 1, 300 mijl van het oppervlak van de ster, het is meer dan honderd keer heter dan lagere lagen veel dichter bij de fusiereactor in de kern van de zon.

Een team van natuurkundigen, onder leiding van NJIT's Gregory Fleishman, heeft onlangs een fenomeen ontdekt dat zou kunnen beginnen met het ontwarren van wat zij "een van de grootste uitdagingen voor zonnemodellering" noemen - het bepalen van de fysieke mechanismen die de bovenste atmosfeer verwarmen tot 1 miljoen graden Fahrenheit (500, 000 graden Celsius) en hoger. Hun bevindingen, die verantwoordelijk zijn voor voorheen onopgemerkte thermische energie in de corona, werden onlangs gepubliceerd in de 123-jarige Astrofysisch tijdschrift , wiens redacteuren fundamentele ruimtewetenschappers hebben opgenomen, zoals Edwin Hubble.

"We wisten dat er iets heel intrigerends gebeurt op het grensvlak tussen de fotosfeer - het oppervlak van de zon - en de corona, gezien de merkbare verschillen in de chemische samenstelling tussen de twee lagen en de sterke stijging van de plasmatemperaturen op deze kruising, " merkt Fleishman op, een vooraanstaand onderzoeksprofessor in de natuurkunde.

Met een reeks waarnemingen van NASA's op de ruimte gebaseerde Solar Dynamics Observatory (SDO), het team heeft gebieden in de corona onthuld met verhoogde niveaus van zware metaalionen in magnetische fluxbuizen - concentraties van magnetische velden - die een elektrische stroom voeren. Hun levendige beelden, gevangen in de extreme (korte golf) ultraviolette (EUV) band, onevenredig grote - met een factor vijf of meer - concentraties van meervoudig geladen metalen onthullen in vergelijking met enkel-elektron-ionen van waterstof, dan er in de fotosfeer bestaan.

De ijzerionen bevinden zich in wat het team 'ionenvallen' noemt die zich aan de basis van coronale lussen bevinden, bogen van geëlektrificeerd plasma geleid door magnetische veldlijnen. Het bestaan ​​van deze vallen, ze zeggen, impliceert dat er zeer energetische coronale lussen zijn, uitgeput van ijzerionen, die tot nu toe aan detectie in het EUV-bereik zijn ontgaan. Alleen metaalionen, met hun fluctuerende elektronen, emissies produceren die ze zichtbaar maken.

"Deze waarnemingen suggereren dat de corona mogelijk nog meer thermische energie bevat dan direct wordt waargenomen in het EUV-bereik en dat we er nog geen rekening mee hebben gehouden, " zegt hij. "Deze energie is zichtbaar in andere golflengten, echter, en we hopen onze gegevens te combineren met wetenschappers die ze bekijken door microgolven en röntgenstralen, zoals wetenschappers van NJIT's Expanded Owens Valley Solar Array, bijvoorbeeld, om mismatches in energie op te helderen die we tot nu toe hebben kunnen kwantificeren."

Er zijn verschillende theorieën, nog geen definitief, die de zinderende hitte van de corona verklaren:magnetische energielijnen die zich opnieuw verbinden in de bovenste atmosfeer en explosieve energie en energiegolven vrijgeven die in de corona worden gedumpt, waar ze worden omgezet in thermische energie, onder andere.

"Voordat we kunnen ingaan op hoe energie wordt opgewekt in de corona, we moeten eerst de thermische structuur in kaart brengen en kwantificeren, ' merkt Fleishman op.

"Wat we weten over de temperatuur van de corona is afkomstig van het meten van EUV-emissies geproduceerd door zware ionen in verschillende ionisatietoestanden, die afhangt van hun concentraties, evenals plasmatemperatuur en dichtheid, " voegt hij eraan toe. "De niet-uniforme verdeling van deze ionen in ruimte en tijd lijkt de temperatuur van de corona te beïnvloeden."

De metaalionen komen de corona binnen wanneer zonnevlammen van verschillende grootte de vallen vernietigen, en ze worden verdampt tot fluxlussen in de bovenste atmosfeer.

Er komt energie vrij bij zonnevlammen en bijbehorende vormen van uitbarstingen wanneer magnetische veldlijnen, met hun krachtige onderliggende elektrische stromen, zijn verdraaid voorbij een kritiek punt dat kan worden gemeten door het aantal windingen in de draai. De grootste van deze uitbarstingen veroorzaken wat bekend staat als ruimteweer - de straling, energetische deeltjes en magnetische velden die vrijkomen van de zon, krachtig genoeg om ernstige effecten te veroorzaken in de nabije omgeving van de aarde, zoals de verstoring van de communicatie, elektriciteitsleidingen en navigatiesystemen.

Alleen door recente vooruitgang in beeldvormingsmogelijkheden kunnen zonnewetenschappers nu routinematige metingen doen van fotosferische magnetische veldvectoren om de verticale component van elektrische stromen te berekenen, en, tegelijkertijd, kwantificeer de EUV-emissies van zware ionen.

"Voorafgaand aan deze waarnemingen, we hebben alleen rekening gehouden met de coronale lussen gevuld met zware ionen, maar we konden geen verklaring geven voor fluxbuizen die leeg waren, Fleishman zegt. "Nu hebben al deze slecht begrepen verschijnselen een solide fysieke basis die we kunnen waarnemen. We zijn in staat om de thermische structuur van de corona beter te kwantificeren en een beter begrip te krijgen van waarom de ionenverdeling in de zonneatmosfeer niet-uniform is in de ruimte en variabel in de tijd."

Wetenschappers van NJIT's Big Bear Solar Observatory (BBSO) hebben de eerste beelden met hoge resolutie vastgelegd van magnetische velden en plasmastromen die diep onder het oppervlak van de zon ontstaan. het volgen van de evolutie van zonnevlekken en magnetische fluxkabels door de chromosfeer voordat ze dramatisch verschijnen in de corona als opflakkerende lussen.

EUV-emissies, echter, can only be observed from space. The SDO, aboard a spacecraft launched in 2010, measures both magnetic field and EUV emissions from the whole Sun. The implications of the corona's temperature structure, and whether it allows the Sun to transfer more heat into the solar system, "is the subject of future study, " Fleishman says.