In een studie gepubliceerd in The Astrophysical Journal hebben onderzoekers van de Yunnan Observatories van de Chinese Academie van Wetenschappen een volledig fysiek beeld weergegeven van de abnormale verwarming in de bovenste atmosfeer van de zon (de zonnecorona en de zonnechromosfeer).

Het enigma van de abnormale opwarming van de corona is een van de acht uitdagingen in de moderne astronomie. Op dezelfde manier blijft de abnormale verwarming van de chromosfeer zonnefysici verbijsteren.

Waarnemingen van grote telescopen en satellieten hebben potentiële magnetische activiteiten aan het licht gebracht die de oorzaak van deze opwarming zouden kunnen zijn. Theoretisch onderzoek heeft verschillende verwarmingsmodi voorgesteld, maar van geen enkele is definitief bewezen dat deze de oorzaak is. In de huidige vorm blijft ons begrip van hoe de bovenste atmosfeer van de zon wordt verwarmd onvolledig.

Deze studie zet een nieuwe koers uit, waarbij wordt afgeweken van de traditionele oorzaak-tot-gevolgbenadering. In plaats daarvan gaat het uit van het gevolg en gaat het terug naar de oorzaak. De reis begint met een onderzoek naar de kenmerken van de bovenste atmosfeer, gevolgd door de identificatie van correlaties met verschillende magnetische velden, de enige bekende bron die in staat is de energie te leveren die nodig is voor het verwarmen van de bovenste atmosfeer.

De studie beschouwt de gehele bovenste atmosfeer als een geheel systeem dat al lange tijd abnormale verwarming ervaart en abnormaal hoge temperaturen handhaaft. De meest geschikte en noodzakelijke onderzoeksmethode bestaat dus uit het analyseren van langetermijnwaarnemingen van de chromosfeer op de volledige schijf en de corona.

Na langetermijnobservaties van de mondiale chromosfeer in de Ca II K-lijn en de mondiale corona in de coronale groene lijn, geeft deze studie voor het eerst een duidelijk antwoord op de vraag hoe de bovenste atmosfeer abnormaal wordt verwarmd.

De onderzoekers onthulden dat de belangrijkste warmtebron van de stille chromosfeer de magnetische velden van het netwerk zijn, en dat de magnetische configuratie van hun luifelstructuren in hoge mate verhindert dat geladen deeltjes, thermische energie en sommige golven uit de top van de chromosfeer ontsnappen.

Ze onthulden ook dat de vlindervormige actieve chromosfeer zijn warmte onttrekt aan de magnetische velden in actieve en kortstondige gebieden, en aan de neerwaartse voortplanting van de energie die door deze velden in de corona wordt gegenereerd.

Met name de magnetische velden in kortstondige gebieden dragen aanzienlijk meer bij aan de verwarming van de actieve chromosfeer dan die in actieve gebieden. De verwarming van de stille chromosfeer vormt het hoofdbestanddeel van de verwarming van de gehele chromosfeer.

De onderzoekers onthulden ook dat de stille corona vooral wordt opgewarmd door de netwerkvelden. Ook hier dragen de magnetische velden in kortstondige gebieden aanzienlijk meer bij aan de opwarming van de actieve corona dan die in actieve gebieden. De actieve corona krijgt meer warmte dan de stille corona.

Bovendien lieten de onderzoekers zien dat de verwarming van de magnetische velden in actieve gebieden en kortstondige gebieden resulteert in een vlindervormige ruimtelijke verdeling van de actieve chromosfeer en de actieve corona. Dit verwarmingsproces vertoont een langetermijnevolutie die in fase is met de zonneactiviteitscyclus.

Omgekeerd leidt de verwarming van de netwerkvelden tot een langetermijnevolutie van de gehele achtergrond (stille) chromosfeer en de achtergrond (stille) corona, die tegengesteld is aan de zonnecyclus.

Meer informatie: K. J. Li et al, Hoe worden de abnormaal hete chromosfeer en corona verwarmd door de magnetische velden van de zon?, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad1ab3

Journaalinformatie: Astrofysisch tijdschrift

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen