Computersimulaties laten zien dat de miniatuur zonnevlammen met de bijnaam 'kampvuren, " vorig jaar ontdekt door ESA's Solar Orbiter, worden waarschijnlijk aangedreven door een proces dat aanzienlijk kan bijdragen aan de opwarming van de buitenste atmosfeer van de zon, of corona. Indien bevestigd door verdere waarnemingen, voegt dit een sleutelstuk toe aan de puzzel van wat de zonnecorona verwarmt - een van de grootste mysteries in de zonnefysica.

Kampvuren zijn een van de vele onderwerpen die vandaag worden besproken in een speciale Solar Orbiter eerste resultatensessie op de Algemene Vergadering van de European Geosciences Union (EGU).

Mysterie verwarming

De zon heeft een mysterieus kenmerk:op de een of andere manier bevat de ijle buitenatmosfeer gas met een temperatuur van een miljoen graden, toch is het zonneoppervlak slechts 5500°C. Logica zou suggereren dat als je een lichaam hebt dat erg heet is in het midden en relatief koel aan de oppervlakte, het zou nog koeler moeten zijn naarmate je verder weggaat. Maar het eigenaardige van de corona van de zon - en ook van veel andere sterren - is dat hij begint op te warmen naarmate je verder boven het oppervlak komt. Er zijn de afgelopen decennia veel ideeën naar voren gebracht die betrekking hebben op het magnetische veld van de zon, maar hoe de energie wordt opgewekt, vervoerd en afgevoerd is een bron van veel discussie geweest.

Betreed Solar Orbiter, met een van zijn belangrijkste doelen om dieper in dit mysterie te graven.

Verbluffende details die al zijn geleverd door de Extreme Ultraviolet Imager (EUI) 'first light'-afbeeldingen van Solar Orbiter, slechts enkele maanden na de lancering vorig jaar, en sindsdien zijn er meer dan 1500 kleine, flikkerende flitsen, bijgenaamd kampvuren. Deze kortstondige kampvuren duren tussen de 10 en 200 seconden, en hebben een voetafdruk tussen 400 en 4000 km. De kleinste en zwakste gebeurtenissen, die nog niet eerder waren waargenomen, schijnen de meest voorkomende te zijn, en vertegenwoordigen een voorheen onzichtbare fijne structuur van de regio waar het verwarmingsmysterie vermoedelijk geworteld is.

Modelkampvuren

Yajie Chen, een doctoraat student van de Universiteit van Peking in China, in samenwerking met professor Hardi Peter van het Max Planck Institute for Solar System Research in Duitsland en collega's, een computermodel gebruikt om in de fysica van de kampvuren te duiken, met spannende eerste resultaten.

"Ons model berekent de uitstoot, of energie, van de zon zoals je van een echt meetinstrument zou verwachten, ", legt Hardi uit. "Het model genereerde net als de kampvuren lichtvlekken. Verder, het traceert de magnetische veldlijnen, waardoor we de veranderingen van het magnetische veld in en rond de ophelderende gebeurtenissen in de loop van de tijd kunnen zien, ons te vertellen dat een proces genaamd component reconnection aan het werk lijkt te zijn."

Herverbinding is een bekend fenomeen waarbij magnetische veldlijnen van tegengestelde richting breken en dan opnieuw verbinden, energie vrijgeven wanneer ze dat doen. Typische herverbinding vindt plaats tussen veldlijnen die in tegengestelde richtingen wijzen, maar bij zogenaamde component-herverbinding lopen de veldlijnen bijna parallel, in dezelfde richting wijzend, met herverbinding dus gebeurt onder zeer kleine hoeken.

"Ons model laat zien dat de energie die vrijkomt uit de ophelderingen door het opnieuw aansluiten van componenten voldoende zou kunnen zijn om de temperatuur van de zonnecorona te handhaven die voorspeld is op basis van waarnemingen, ' zegt Yajie.

"In een van onze casestudy's we vinden dat het losdraaien van een fluxkabel [spiraalvormige magnetische veldlijnen die rond een gemeenschappelijke as kronkelen] in plaats daarvan de verwarming initieert, ", voegt Hardi toe. "Het is opwindend om deze variaties te vinden, en we kijken ernaar uit om te zien welke verdere inzichten onze modellen bieden om ons te helpen onze theorieën over de processen achter de verwarming te verbeteren."

Het team waarschuwt dat het nog erg vroeg is. Ze hebben het model gebruikt om te kijken naar zeven van de helderste gebeurtenissen die in hun simulatie zijn gegenereerd, die waarschijnlijk overeenkomen met de grootste kampvuren die door EUI zijn waargenomen. De sleutel tot het bevorderen van het onderzoek zijn gezamenlijke observaties tussen EUI en de Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) en Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) spectrograaf van het ruimtevaartuig zodra de volledige wetenschappelijke missie van Solar Orbiter in november van start gaat. PHI zal het magnetische veld van de zon onthullen en hoe het aan het oppervlak verandert, terwijl SPICE de temperatuur en dichtheid van de corona zal meten.

Teamwerk

Verder inzicht in de kampvuren is mogelijk gemaakt door samen te werken met NASA's Solar Dynamics Observatory, die in een baan om de aarde draait, om de hoogte van de kampvuren in de zonneatmosfeer te trianguleren.

"Tot onze verbazing kampvuren bevinden zich zeer laag in de zonneatmosfeer, slechts een paar duizend kilometer boven het zonneoppervlak, de fotosfeer, " zegt David Berghmans, Hoofdonderzoeker van EUI. "Het is erg vroeg, en we leren nog steeds veel over de kenmerken van het kampvuur. Bijvoorbeeld, ook al lijken kampvuren op kleine coronale lussen, hun lengte is gemiddeld een beetje kort voor hun lengte, wat suggereert dat we slechts een deel van deze kleine lussen zien. Maar onze voorlopige analyse laat ook zien dat kampvuren tijdens hun leven niet echt van hoogte veranderen, ze afgezien van jet-achtige functies."

Door de kenmerken van de kampvuren en hun plaats tussen andere bekende zonnefenomenen te begrijpen, kunnen wetenschappers dieper in het probleem van de zonne-coronaverwarming duiken.

"Wat fantastisch om al zulke veelbelovende gegevens te hebben die inzicht kunnen geven in een van de grootste mysteries van de zonnefysica voordat Solar Orbiter zelfs maar aan zijn nominale wetenschappelijke fase is begonnen, ", zegt ESA's Solar Orbiter Project Scientist Daniel Müller. "Onze missie heeft het geluk om voort te bouwen op het ongelooflijke grondwerk van degenen die eerder hebben gevlogen, en de theorieën en modellen die de afgelopen decennia al naar voren zijn gebracht. We kijken ernaar uit om te zien welke ontbrekende details Solar Orbiter - en de zonnegemeenschap die met onze gegevens werkt - zullen bijdragen aan het oplossen van open vragen op dit opwindende gebied."

Solar Orbiter bevindt zich momenteel in de 'cruisefase', "voornamelijk gericht op instrumentkalibratie, en zal vanaf november van dit jaar beginnen met gecoördineerde waarnemingen tussen zijn reeks van tien teledetectie- en in-situ-instrumenten.

Solar Orbiter is een ruimtemissie van internationale samenwerking tussen ESA en NASA.

"Voorbijgaande kleinschalige ophelderingen in de stille zonnecorona:een model voor kampvuren waargenomen met Solar Orbiter" door Y. Chen et al, geaccepteerd voor publicatie in Astronomie en astrofysica .

"Extreme UV-stille zonnestralen waargenomen door Solar Orbiter/EUI" door D. Berghmans et al, geaccepteerd voor publicatie in Astronomie en astrofysica

"Stereoscopie van extreem UV-stille opheldering van de zon waargenomen door Solar Orbiter / EUI" door A. Zhukov et al, is ingediend bij Astronomie en astrofysica .