Afgelopen september, een enorm nieuw magnetisch veldgebied barstte los op het oppervlak van de zon naast een bestaande zonnevlek. De krachtige botsing van magnetische velden veroorzaakte een reeks krachtige zonnevlammen, veroorzaakt turbulente ruimteweersomstandigheden op aarde. Dit waren de eerste fakkels die werden vastgelegd, in hun voortgang van moment tot moment, door het New Jersey Institute of Technology's (NJIT) onlangs uitgebreid Owens Valley Solar Array (EOVSA).

Met 13 antennes die nu samenwerken, EOVSA kon voor het eerst beelden van de zonnevlam maken op meerdere radiofrequenties tegelijk. Dit verbeterde vermogen om in de mechanica van fakkels te kijken, biedt wetenschappers nieuwe wegen om de krachtigste uitbarstingen in ons zonnestelsel te onderzoeken.

"Deze uitbarstingen van september omvatten twee van de sterkste van de huidige 11-jarige zonneactiviteitscyclus, straling en geladen deeltjes naar de aarde slingeren die de radiocommunicatie verstoorden, " zei Dale Gary, onderscheiden hoogleraar natuurkunde aan het NJIT's Center for Solar-Terrestrial Research (CSTR) en de directeur van EOVSA. De laatste uitbarsting van de periode, op 10 sept. was "de meest opwindende, " hij voegde toe.

"Het zonnevlekgebied ging net over het zonnelid - de rand van de zon terwijl deze draait - en we konden de relatieve hoogte van de zonnevlam zien in veel verschillende golflengten, van optisch, tot ultraviolet, naar röntgenfoto's, naar de radio, "vertelde hij. "Dit uitzicht bood een prachtige kans om de structuur van een grote zonnevlam met al zijn ingrediënten vast te leggen."

Radio-emissies worden gegenereerd door energetische elektronen die in de corona worden versneld, de hete bovenste atmosfeer van de zon. De moderne zonnefysica vertrouwt op waarnemingen op vele golflengten; radiobeeldvorming vult deze aan door direct de deeltjesversnelling waar te nemen die het hele proces aandrijft. Door het radiospectrum op verschillende plaatsen in de zonneatmosfeer te meten, vooral wanneer het in staat is om dit snel genoeg te doen om veranderingen tijdens zonnevlammen te volgen, het wordt een krachtige diagnose van de snel veranderende zonneomgeving tijdens deze uitbarstingen.

EOVSA, die wordt gefinancierd door de National Science Foundation, is het eerste radiobeeldvormingsinstrument dat snel genoeg - in één seconde - spectrale beelden kan maken om de snelle veranderingen die optreden bij zonnevlammen te volgen. Met deze mogelijkheid kan het radiospectrum dynamisch worden gemeten in het hele affakkelgebied, om de locatie van de deeltjesversnelling te bepalen en in kaart te brengen waar die deeltjes zich verplaatsen. Beelden van zonnevlammen bij de meeste andere golflengten tonen alleen de gevolgen van verwarming door de versnelde deeltjes, terwijl radiostraling de deeltjes zelf direct kan laten zien.

"Een van de grote mysteries van zonneonderzoek is om te begrijpen hoe de zon in zo'n korte tijd extreem hoogenergetische deeltjes produceert, ' merkte Gary op. 'Maar om die vraag te beantwoorden, we moeten kwantitatieve diagnostiek hebben van zowel de deeltjes als het milieu, vooral het magnetische veld dat de kern vormt van het vrijkomen van energie. EOVSA maakt dat voor het eerst mogelijk op radiogolflengten."

Gary presenteerde deze week de nieuwe bevindingen van EOVSA tijdens de Triënnale Earth-Sun Summit (TESS)-bijeenkomst, waarin de afdeling zonnefysica van de American Astronomical Society (AAS) en de afdeling zonnefysica en aeronomie van de American Geophysical Union (AGU) samenkomen.

"De nieuwe resultaten van EOVSA hebben veel belangstelling gewekt op de TESS-bijeenkomst, " zei Bin Chen, universitair docent natuurkunde bij CSTR, die een sessie voorzit die gericht is op de intense zonneactiviteit die afgelopen september plaatsvond. "Een aantal experts op de bijeenkomst merkte op dat deze resultaten fundamenteel nieuwe inzichten zouden toevoegen in het begrip van het vrijkomen van energie en deeltjesversnelling bij zonnevlammen."

Onder andere ontdekkingen, wetenschappers van EOVSA hebben ontdekt dat radio-emissies in een fakkel verspreid zijn over een veel groter gebied dan voorheen bekend was, wat aangeeft dat hoogenergetische deeltjes onmiddellijk in grote aantallen worden getransporteerd door de explosieve magnetische veld-"bel" die een coronale massa-ejectie (CME) wordt genoemd.

"Dit is belangrijk omdat CME's schokgolven aandrijven die deeltjes die gevaarlijk zijn voor ruimtevaartuigen verder versnellen, astronauten en zelfs mensen in vliegtuigen die over polaire routes vliegen. Daten, het blijft een mysterie hoe deze schokgolven alleen deeltjes versnellen, omdat de natuurkunde niet wordt begrepen, " zei hij. "Een van de theorieën is dat 'zaad'-deeltjes aanwezig moeten zijn in het schokgebied, die de golven kan genereren die nodig zijn voor verdere versnelling. Er wordt al lang gespeculeerd dat fakkels, waarvan bekend is dat ze deeltjes versnellen, kan ze verstrekken. eerdere waarnemingen, voornamelijk met röntgenstralen, laat die deeltjes altijd zien die beperkt zijn tot zeer lage hoogten en het is niet begrepen hoe dergelijke deeltjes tot de schok konden komen. De radiobeelden tonen bewijs voor deeltjes in een veel groter gebied, waardoor ze meer kans krijgen om toegang te krijgen tot het schokgebied."

Zonnevlekken zijn de primaire generator van zonnevlammen, de plotselinge, krachtige uitbarstingen van elektromagnetische straling en geladen deeltjes die de ruimte in barsten tijdens explosies op het oppervlak van de zon. Hun draaiende beweging zorgt ervoor dat er energie wordt opgebouwd die vrijkomt in de vorm van fakkels.

EOVSA is ontworpen om radiobeelden met hoge resolutie te maken van fakkels (cadans van 1 seconde), zonnevlekkengebieden (cadans van 20 minuten), de volle zon (enkele per dag) en honderden frequenties over een brede frequentieband, waardoor het het eerste zonne-instrument is dat in staat is om het radiospectrum van punt tot punt in het affakkelgebied te meten.

"We werken aan een kalibratie- en beeldvormingspijplijn om automatisch microgolfbeelden te genereren die worden waargenomen door EOVSA, en deze dagelijks ter beschikking stellen van de gemeenschap, " voegde Chen toe, die de leiding heeft over de EOVSA-pijplijninspanning.

"De meest onverwachte onthulling tot nu toe van EOVSA is wat we zien op de laagste radiofrequenties, Gary merkte op. "Waarnemingen van uitbarstingen gebaseerd op hoge radiofrequenties en gebaseerd op röntgenwaarnemingen tonen een uitbarsting die relatief klein is, compact gebied, hoewel we bewijs zien voor verwarming over een veel groter gebied. Hoewel we zeldzame waarnemingen uit het verleden hadden die grote radiobronnen leken te tonen, EOVSA heeft het nu routine gemaakt om grote radiobronnen in beeld te brengen die nog groter zijn bij lagere frequenties."

aanvankelijk, hij en zijn collega's konden deze nieuwe regio's niet aanboren, echter. Nadat de array was voltooid, ze realiseerden zich dat gsm-masten in de Owens Valley veel meer radiofrequentie-interferentie veroorzaakten dan verwacht. Als resultaat, ze ontwierpen "notch" -filters die in staat waren om de frequenties uit te schakelen die het meest worden beïnvloed door zendmasten.

"Dit is belangrijk omdat er veel interessante zonne-radio-uitbarstingen optreden in het bereik van de zendmasten (1,9-2,2 GHz). Het zijn de lagere frequenties die dit nieuwe en niet goed begrepen fenomeen van grote bronnen het beste laten zien, " zei Gary. "Op de een of andere manier, de versnelde deeltjes worden naar een veel groter volume van de corona getransporteerd dan we dachten."

Met nieuwe financiering van NASA, Gary en collega's zullen het ruimtelijk opgeloste radiospectrum van zonnevlammen meten, de deeltjes- en plasmaparameters bepalen als functie van positie en tijd, en gebruik vervolgens 3-dimensionale modellering, die zijn groep heeft ontwikkeld, om de initiële versnelling en het daaropvolgende transport van hoogenergetische deeltjes volledig te begrijpen.

De zon doorloopt 11-jarige cycli van activiteit, en dit afgelopen jaar heeft misschien gezorgd voor de laatste fakkels die we de komende vier of vijf jaar zullen zien, " zei Gary. "De komende jaren, we zullen onze inspanningen richten op het verbeteren van de actieve zonnevlekkengebieden en afbeeldingen op volledige schijf met de array. Deze beeldvorming op grotere ruimtelijke schaal is uitdagender, maar kan net zo belangrijk zijn, omdat de kenmerken op grotere schaal de invloed van de zon op de atmosfeer van de aarde en de zonnewind bepalen."