Een team van wetenschappers heeft Voor de eerste keer, een enkele gebruikt, samenhangend computermodel om de hele levenscyclus van een zonnevlam te simuleren:van de opbouw van energie duizenden kilometers onder het zonneoppervlak, tot het ontstaan ​​van verwarde magnetische veldlijnen, tot het explosief vrijkomen van energie in een schitterende flits.

de prestatie, gedetailleerd in het journaal Natuurastronomie , zet het toneel voor toekomstige zonnemodellen om het eigen weer van de zon realistisch te simuleren terwijl het zich in realtime ontvouwt, inclusief het verschijnen van kolkende zonnevlekken, die soms uitbarstingen en coronale massa-ejecties veroorzaken. Deze uitbarstingen kunnen wijdverbreide gevolgen hebben op aarde, van het verstoren van elektriciteitsnetten en communicatienetwerken, om satellieten te beschadigen en astronauten in gevaar te brengen.

Wetenschappers van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) en het Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory leidden het onderzoek. De uitgebreide nieuwe simulatie legt de vorming van een zonnevlam op een meer realistische manier vast dan eerdere pogingen, en het omvat het spectrum van lichtemissies waarvan bekend is dat het verband houdt met fakkels.

"Dit werk stelt ons in staat om een ​​verklaring te geven waarom fakkels eruit zien zoals ze doen, niet alleen op een enkele golflengte, maar in zichtbare golflengten, in ultraviolette en extreem ultraviolette golflengten, en in röntgenstralen, " zei Mark Cheung, een staffysicus bij Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory en een visiting scholar aan Stanford University. "We leggen de vele kleuren van zonnevlammen uit."

Het onderzoek werd grotendeels gefinancierd door NASA en door de National Science Foundation, dat is de sponsor van NCAR.

De weegschaal overbruggen

Voor de nieuwe studie de wetenschappers moesten een zonnemodel bouwen dat zich over meerdere regio's van de zon kon uitstrekken, het complexe en unieke fysieke gedrag van elke persoon vastleggen.

Het resulterende model begint in het bovenste deel van de convectiezone - ongeveer 10, 000 kilometer onder het oppervlak van de zon - stijgt door het zonneoppervlak, en duwt 40 uit, 000 kilometer in de zonneatmosfeer, bekend als de corona. De verschillen in gasdichtheid, druk, en andere kenmerken van de zon die in het model worden weergegeven, zijn enorm.

Om met succes een zonnevlam te simuleren van opkomst tot vrijkomen van energie, de wetenschappers moesten gedetailleerde vergelijkingen aan het model toevoegen waarmee elke regio op een realistische manier kon bijdragen aan de evolutie van zonnevlammen. Maar ze moesten ook oppassen dat ze het model niet zo ingewikkeld maakten dat het niet langer praktisch zou zijn om met beschikbare supercomputerbronnen te werken.

"We hebben een model dat een groot aantal fysieke omstandigheden dekt, wat het erg uitdagend maakt, "Zei NCAR-wetenschapper Matthias Rempel. "Dit soort realisme vereist innovatieve oplossingen."

Om de uitdagingen aan te gaan, Rempel leende een wiskundige techniek die historisch werd gebruikt door onderzoekers die de magnetosferen van de aarde en andere planeten bestudeerden. De techniek, waardoor de wetenschappers het verschil in tijdschalen tussen de lagen konden comprimeren zonder de nauwkeurigheid te verliezen, stelde het onderzoeksteam in staat een model te maken dat zowel realistisch als rekenkundig efficiënt was.

De volgende stap was het opzetten van een scenario op de gesimuleerde zon. In eerder onderzoek met minder complexe modellen, wetenschappers hebben de modellen moeten starten bijna op het moment dat de uitbarsting zou uitbarsten om überhaupt een uitbarsting te kunnen krijgen.

In de nieuwe studie het team wilde zien of hun model zelf een flare kon genereren. Ze begonnen met het opzetten van een scenario met omstandigheden geïnspireerd op een bijzonder actieve zonnevlek die in maart 2014 werd waargenomen. De werkelijke zonnevlek veroorzaakte tientallen zonnevlammen gedurende de tijd dat hij zichtbaar was, waaronder een zeer krachtige X-klasse en drie matig krachtige M-klasse fakkels. De wetenschappers probeerden de zonnevlek van 2014 niet nauwkeurig na te bootsen; in plaats daarvan benaderden ze ruwweg dezelfde zonne-ingrediënten die destijds aanwezig waren - en die zo effectief waren in het produceren van fakkels.

Toen lieten ze het model gaan, kijken om te zien of het zelf een flare zou genereren.

"Ons model was in staat om het hele proces vast te leggen, van de opbouw van energie tot het verschijnen aan de oppervlakte tot het opstijgen in de corona, het activeren van de corona, en dan op het punt komen waarop de energie vrijkomt in een zonnevlam, ', zei Rempel.

Nu het model heeft aangetoond dat het in staat is om de gehele levenscyclus van een fakkel realistisch te simuleren, de wetenschappers gaan het testen met echte waarnemingen van de zon en kijken of het met succes kan simuleren wat er werkelijk op het zonneoppervlak gebeurt.

"Dit was een op zichzelf staande simulatie die was geïnspireerd op waargenomen gegevens, "Zei Rempel. "De volgende stap is om de waargenomen gegevens rechtstreeks in het model in te voeren en het te laten sturen wat er gebeurt. Het is een belangrijke manier om het model te valideren, en het model kan ons ook helpen beter te begrijpen wat we op de zon waarnemen."