Wetenschap
Eerste waarneming van een gefocusseerde plasmagolf op de zon
Voor het eerst hebben wetenschappers plasmagolven waargenomen van een zonnevlam die wordt gefocust door een coronaal gat, vergelijkbaar met de focussering van geluidsgolven die verantwoordelijk zijn voor het Rotunda-effect in de architectuur of de focussering van licht door een telescoop of microscoop.
De bevinding verschijnt in Nature Communications , zou kunnen worden gebruikt voor het diagnosticeren van plasma-eigenschappen, waaronder "zonne-tsunami's" gegenereerd door zonnevlammen, en bij het onderzoek naar plasmagolffocussering van andere astronomische systemen.
De zonnecorona is het buitenste deel van de atmosfeer van de zon, een gebied dat bestaat uit magnetische plasmalussen en zonnevlammen. Het bestaat voornamelijk uit geladen ionen en elektronen, strekt zich miljoenen kilometers de ruimte uit en heeft een temperatuur van meer dan een miljoen Kelvin. Het is vooral prominent aanwezig tijdens een totale zonsverduistering, wanneer het een 'ring van vuur' wordt genoemd.
Magnetohydrodynamische golven in de corona zijn oscillaties in elektrisch geladen vloeistoffen die worden beïnvloed door de magnetische velden van de zon. Ze spelen een fundamentele rol in de corona:ze verwarmen het coronale plasma, versnellen de zonnewind en genereren krachtige zonnevlammen die de corona verlaten en de ruimte in reizen.
Er is eerder waargenomen dat ze typische golfverschijnselen ondergingen, zoals breking, transmissie en reflectie in de corona, maar tot nu toe werd nog niet waargenomen dat ze gefocust waren.
Met behulp van hogeresolutiewaarnemingen van het Solar Dynamics Observatory, een NASA-satelliet die de zon sinds 2010 observeert, analyseerde een onderzoeksgroep bestaande uit wetenschappers van verschillende Chinese instellingen en één uit België gegevens van een zonnevlam uit 2011.
De vlam veroorzaakte bijna periodieke verstoringen met grote intensiteit die zich langs het zonneoppervlak bewogen. De gegevens, een vorm van magnetohydrodynamische golven, onthulden een reeks boogvormige golffronten met het centrum van de vlam in het midden.
Deze golftrein plantte zich voort naar het midden van de zonneschijf en bewoog zich door een coronaal gat (een gebied met relatief koel plasma) op een lage breedtegraad ten opzichte van de evenaar van de zon, met een snelheid van ongeveer 350 kilometer per seconde.
Een coronaal gat is een tijdelijk gebied van koel, minder dicht plasma in de zonnecorona; hier strekt het magnetische veld van de zon zich uit tot in de ruimte voorbij de corona. Vaak loopt het uitgebreide magnetische veld terug naar de corona naar een gebied met tegengestelde magnetische polariteit, maar soms zorgt het magnetische veld ervoor dat een zonnewind veel sneller de ruimte in kan ontsnappen dan de oppervlaktesnelheid van de golf.
Bij deze waarneming veranderden de oorspronkelijke boogvormige golffronten, terwijl de golffronten door de uiterste rand van het coronale gat bewogen, in een anti-boogvorm, waarbij de kromming 180 graden werd omgedraaid, van naar buiten gebogen naar zadelvormig naar buiten. Vervolgens convergeerden ze naar een punt dat zich concentreerde op de andere kant van het coronale gat en dat leek op een lichtgolf die door een convergerende lens ging, waarbij de vorm van het coronale gat fungeerde als een magnetohydrodynamische lens.
Numerieke simulaties met behulp van eigenschappen van de golven, de corona en het coronale gat bevestigden dat convergentie het verwachte resultaat was.
De groep kon de intensiteitsamplitudevariatie van de golven pas bepalen nadat de golftrein (de reeks bewegende golffronten) door het coronale gat was gegaan.
Zoals verwacht nam de intensiteit (amplitude) van de magnetohydrodynamische golven twee tot zes keer toe van het gat naar het brandpunt, en nam de energiefluxdichtheid met een factor van bijna zeven toe van het pre-focusseringsgebied naar het gebied nabij het brandpunt. punt, waaruit blijkt dat het coronale gat ook energie concentreerde, net als een bolle telescooplens.
Het brandpunt lag ongeveer 300.000 km van de rand van het coronale gat, maar de scherpstelling is niet perfect omdat de vorm van het coronale gat niet exact is. Dit soort magnetohydrodynamische lensvorming kan daarom naar verwachting optreden bij planetaire, stellaire en galactische formaties, vergelijkbaar met de zwaartekrachtlensvorming van licht (van vele golflengten) die rond sommige sterren is waargenomen.
Hoewel magnetohydrodynamische golfverschijnselen zoals breking, transmissie en reflectie in de corona eerder zijn waargenomen, is dit het eerste lenseffect van dergelijke golven dat rechtstreeks is waargenomen. Aangenomen wordt dat het lenseffect te wijten is aan scherpe veranderingen (gradiënten) van de coronatemperatuur, de dichtheid van het plasma en de magnetische veldsterkte van de zon aan de grens van het coronale gat, evenals aan de specifieke vorm van het gat. P>
Gegeven deze factoren verklaarden numerieke simulaties het lenseffect via de methoden van de klassieke geometrische akoestiek, gebruikt om het gedrag van geluidsgolven te verklaren, vergelijkbaar met de geometrische optica van lichtgolven.
"Het coronale gat fungeert als een natuurlijke structuur voor het concentreren van de energie van magnetohydrodynamische golven, vergelijkbaar met het wetenschappelijke wrijvingsboek [en de film] 'The Three-Body Problem', waarin de zon wordt gebruikt als signaalversterker," zei co-onderzoeker auteur Ding Yuan van het Shenzhen Key Laboratory of Numerical Prediction for Space Storm aan het Harbin Institute of Technology in Guangdong, China.