Het is een van de grootste en langstlopende mysteries rond, vrij letterlijk, onze zon - waarom is de buitenste atmosfeer heter dan het vurige oppervlak?

Onderzoekers van de Universiteit van Michigan denken dat ze het antwoord hebben, en hopen het te bewijzen met hulp van NASA's Parker Solar Probe. Over ongeveer twee jaar is de sonde zal het eerste door de mens gemaakte vaartuig zijn dat de zone rond de zon binnengaat waar verwarming er fundamenteel anders uitziet dan wat eerder in de ruimte is waargenomen. Hierdoor kunnen ze hun theorie testen dat de verwarming te wijten is aan kleine magnetische golven die heen en weer gaan in de zone.

Door het raadsel op te lossen, kunnen wetenschappers het zonneweer beter begrijpen en voorspellen. die een ernstige bedreiging kunnen vormen voor het elektriciteitsnet van de aarde. En stap één is bepalen waar de verwarming van de buitenste atmosfeer van de zon begint en eindigt - een puzzel zonder tekort aan theorieën.

Eenmaal binnen deze zone, Parker Solar Probe zal helpen bepalen wat de verwarming veroorzaakt door de magnetische velden en deeltjes daar direct te meten.

"Wat de fysica ook is achter deze oververhitting, het is een puzzel die ons al 500 jaar in de ogen staart, " zei Justin Kasper, een UM-hoogleraar klimaat- en ruimtewetenschappen en een hoofdonderzoeker voor de Parker-missie. "Over nog maar twee jaar zal Parker Solar Probe eindelijk het antwoord onthullen."

De UM-theorie is vastgelegd in een paper, Sterke preferentiële ionenverwarming is beperkt tot binnen het zonne-Alfven-oppervlak, gepubliceerd op 4 juni in The Astrofysische journaalbrieven .

In deze "zone van voorkeursverwarming" boven het oppervlak van de zon, temperaturen stijgen over het algemeen. Nog bizarder, individuele elementen worden verwarmd tot verschillende temperaturen, of bij voorkeur. Sommige zwaardere ionen worden oververhit totdat ze tien keer heter zijn dan de waterstof die overal in dit gebied aanwezig is - heter dan de kern van de zon.

Zulke hoge temperaturen zorgen ervoor dat de zonneatmosfeer opzwelt tot vele malen de diameter van de zon en ze zijn de reden dat we de verlengde corona zien tijdens zonsverduisteringen. Op die manier, Kasper zegt, het mysterie van de coronale verwarming is al meer dan een half millennium zichtbaar voor astronomen, ook al werden de hoge temperaturen pas in de vorige eeuw gewaardeerd.

Deze zelfde zone heeft hydromagnetische "Alfvén-golven" die heen en weer bewegen tussen de buitenste rand en het oppervlak van de zon. Aan de buitenste rand, het Alfvén-punt genoemd, de zonnewind beweegt sneller dan de Alfvén snelheid, en de golven kunnen niet meer terug naar de zon reizen.

"Als je onder het punt van Alfvén bent, je zit in deze soep van golven, "zei Kasper. "Geladen deeltjes worden afgebogen en versneld door golven die uit alle richtingen komen."

Bij het proberen in te schatten hoe ver van het oppervlak van de zon deze voorkeursverwarming stopt, Het team van UM onderzocht tientallen jaren van observaties van de zonnewind door NASA's Wind-ruimtevaartuig. Ze keken hoeveel van de verhoogde temperatuur van helium dicht bij de zon werd weggespoeld door botsingen tussen ionen in de zonnewind terwijl ze naar de aarde reisden. Door naar het verval van de heliumtemperatuur te kijken, konden ze de afstand tot de buitenrand van de zone meten.

"We nemen alle gegevens en behandelen het als een stopwatch om erachter te komen hoeveel tijd er is verstreken sinds de wind oververhit was, ' zei Kasper. 'Omdat ik weet hoe snel die wind gaat, Ik kan de informatie omzetten naar een afstand."

Die berekeningen plaatsen de buitenrand van de oververhittingszone ongeveer 10 tot 50 zonnestralen van het oppervlak. Het was onmogelijk om meer definitief te zijn, omdat sommige waarden alleen maar konden worden geraden.

aanvankelijk, Kasper dacht er niet aan om zijn schatting van de locatie van de zone te vergelijken met het Alfvén-punt, maar hij wilde weten of er een fysiek betekenisvolle locatie in de ruimte was die de buitenste grens produceerde. Na te hebben gelezen dat het Alfvén-punt en andere oppervlakken zijn waargenomen om uit te zetten en te krimpen met zonneactiviteit, hij en co-auteur Kristopher Klein, een voormalige UM-postdoc en nieuwe faculteit aan de Universiteit van Arizona, herwerkte hun analyse door te kijken naar de veranderingen van jaar tot jaar in plaats van de hele Wind-missie te beschouwen.

"Tot mijn schrik, de buitengrens van de zone van voorkeursverwarming en het Alfvén-punt bewogen op een volledig voorspelbare manier in lockstep ondanks volledig onafhankelijke berekeningen, "zei Kasper. "Je overdrijft ze, en ze doen in de loop van de tijd precies hetzelfde."

Dus markeert het Alfvén-punt de buitenrand van de verwarmingszone? En wat verandert er precies onder het Alfvén-punt dat zware ionen oververhit? We zouden het de komende jaren moeten weten. De Parker Solar Probe ging in augustus 2018 van start en had zijn eerste ontmoeting met de zon in november 2018 - hij kwam al dichter bij de zon dan enig ander door mensen gemaakt object.

In de komende jaren, Parker zal met elke pas nog dichterbij komen totdat de sonde onder het Alfvén-punt valt. In hun paper voorspellen Kasper en Klein dat het in 2021 de zone van voorkeursverwarming zou moeten betreden, aangezien de grens groter wordt met toenemende zonneactiviteit. . Dan heeft NASA informatie rechtstreeks van de bron om allerlei langlopende vragen te beantwoorden.

"Met Parker Solar Probe zullen we door lokale metingen definitief kunnen bepalen welke processen leiden tot de versnelling van de zonnewind en de voorkeursverwarming van bepaalde elementen, " zei Klein. "De voorspellingen in dit artikel suggereren dat deze processen plaatsvinden onder het Alfvén-oppervlak, een gebied dicht bij de zon dat geen ruimtevaartuig heeft bezocht, wat betekent dat deze preferentiële verwarmingsprocessen nooit eerder direct zijn gemeten."

Kasper is de hoofdonderzoeker van het Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP) onderzoek op de Parker Solar Probe. SWEAP's sensoren scheppen de zonnewind en coronale deeltjes op tijdens elke ontmoeting om de snelheid te meten, temperatuur, en dichtheid en werpen licht op het verwarmingsmysterie.

Het blad is getiteld, "Sterke preferentiële ionenverwarming is beperkt tot binnen het zonne-Alfven-oppervlak."