Terwijl de wereld te maken heeft met de pandemie van het coronavirus, onderzoekers van het University of Hawai'i Institute for Astronomy (IfA) hebben hard gewerkt aan het bestuderen van de zonnecorona, de buitenste atmosfeer van de zon die uitzet in de interplanetaire ruimte. Deze stroom geladen deeltjes die van het oppervlak van de zon straalt, wordt de zonnewind genoemd en zet uit om het hele zonnestelsel te vullen.

De eigenschappen van de zonnecorona zijn een gevolg van het complexe magnetische veld van de zon, die wordt geproduceerd in het binnenste van de zon en zich naar buiten uitstrekt. Een nieuwe studie door IfA-afgestudeerde student Benjamin Boe, gepubliceerd woensdag, 3 juni in de Astrofysisch tijdschrift , gebruikte waarnemingen van totale zonsverduisteringen om de vorm van het coronale magnetische veld te meten met een hogere ruimtelijke resolutie en over een groter gebied dan ooit tevoren.

De corona is het gemakkelijkst te zien tijdens een totale zonsverduistering - wanneer de maan direct tussen de aarde en de zon staat, het heldere oppervlak van de zon blokkeren. Aanzienlijke technologische vooruitgang in de afgelopen decennia hebben veel van de aandacht verschoven naar ruimtegebaseerde waarnemingen bij golflengten van licht die niet toegankelijk zijn vanaf de grond, of naar grote telescopen op de grond, zoals de Daniel K. Inouye Solar Telescope op Maui. Ondanks deze vorderingen, sommige aspecten van de corona kunnen alleen worden bestudeerd tijdens totale zonsverduisteringen.

Daarom is Boe's adviseur en coronale onderzoeksexpert, Shadia Habbal, leidt al meer dan 20 jaar een groep eclipsjagers die wetenschappelijke waarnemingen doen tijdens zonsverduisteringen. De zogenaamde "zonnewind-sherpa's" reizen de wereld rond op jacht naar totale zonsverduisteringen, het vervoeren van gevoelige wetenschappelijke instrumenten in vliegtuigen, helikopters, auto's, en zelfs paarden om de optimale locaties te bereiken. Deze waarnemingen van zonsverduisteringen hebben geleid tot doorbraken in het onthullen van enkele van de geheimen van de fysieke processen die de corona bepalen.

"De corona wordt al meer dan een eeuw waargenomen bij totale zonsverduisteringen, maar nooit eerder waren eclipsbeelden gebruikt om de magnetische veldstructuur te kwantificeren, " legde Boe uit, "Ik wist dat het mogelijk zou zijn om veel meer informatie te extraheren door moderne beeldverwerkingstechnieken toe te passen op zonsverduisteringsgegevens." Boe volgde het patroon van de verdeling van magnetische veldlijnen in de corona, met behulp van een automatische traceermethode die is toegepast op afbeeldingen van de corona die zijn gemaakt tijdens 14 zonsverduisteringen in de afgelopen twee decennia. Deze gegevens boden de kans om de veranderingen in de corona gedurende twee 11-jarige magnetische cycli van de zon te bestuderen.

Boe ontdekte dat het patroon van de coronale magnetische veldlijnen zeer gestructureerd is, met structuren gezien op grootteschalen tot aan de resolutielimiet van de camera's die voor de waarnemingen worden gebruikt. Hij zag ook dat het patroon met de tijd veranderde. Om deze veranderingen te kwantificeren, Boe mat de magnetische veldhoek ten opzichte van het oppervlak van de zon.

Tijdens perioden van minimale zonneactiviteit, het veld van de corona kwam bijna recht uit de zon nabij de evenaar en de polen, terwijl het op de middelste breedtegraden uit verschillende hoeken kwam. Tijdens het maximum van de zonneactiviteit, anderzijds, het coronale magnetische veld was veel minder georganiseerd en meer radiaal.

"We wisten dat er veranderingen zouden zijn gedurende de zonnecyclus, " merkte Boe op, "maar we hadden nooit verwacht hoe uitgebreid en gestructureerd het coronale veld zou zijn. Toekomstige modellen zullen deze kenmerken moeten verklaren om het coronale magnetische veld volledig te begrijpen."

Deze resultaten dagen de huidige veronderstellingen uit die worden gebruikt bij coronale modellering, die vaak aannemen dat het coronale magnetische veld radiaal is voorbij 2,5 zonnestralen. In plaats daarvan, uit dit werk bleek dat het coronale veld vaak niet-radiaal was tot ten minste vier zonnestralen.

Dit werk heeft verdere implicaties op andere gebieden van zonneonderzoek, inclusief de vorming van de zonnewind, die het magnetisch veld van de aarde beïnvloedt en effecten kan hebben op de grond, zoals stroomuitval.

"Deze resultaten zijn van bijzonder belang voor de vorming van zonnewind. Het geeft aan dat de leidende ideeën voor het modelleren van de vorming van de zonnewind niet compleet zijn, en dus kan ons vermogen om ruimteweer te voorspellen en te verdedigen worden verbeterd, " zei Boe.

Het team plant al hun volgende eclipsexpedities, met de volgende gepland voor Zuid-Amerika in december van dit jaar.

De resultaten zijn gepubliceerd in het nummer van 3 juni van het Astrofysisch tijdschrift , en zijn ook beschikbaar in voorgedrukte vorm op ArXiv.