Bagaimana bintik matahari terdingin mendorong korona jutaan derajat

Sebuah studi baru menggunakan Goode Solar Telescope di Big Bear Solar Observatory mengungkapkan energi gelombang intens dari bintik matahari yang dapat mempertahankan suhu hingga satu juta derajat di korona matahari. Sementara penemuan ini memajukan pemahaman kita tentang masalah pemanasan koronal Matahari, misterinya belum sepenuhnya terpecahkan.

dengan data dari[{” attribute=””>Big Bear Solar Observatory’s Goode Solar Telescope, researchers discover intense wave energy in the coldest region on the Sun, the sunspot umbra, which is driving puzzling temperatures in the star’s upper atmosphere.

Nearly five thousand kilometers above the Sun’s surface lies a century-old question for solar physicists — how are temperatures in the star’s upper atmosphere, or corona, hundreds of times hotter than temperatures at the Sun’s visible surface?

An international team of scientists has a new answer to the question — commonly referred to as the Sun’s coronal heating problem — with new observational data obtained with the 1.6-meter Goode Solar Telescope (GST) at Big Bear Solar Observatory (BBSO), operated by NJIT’s Center for Solar Terrestrial Research (CSTR).

In a study published recently in the journal Nature Astronomy, researchers have unveiled the discovery of intense wave energy from a relatively cool, dark and strongly magnetized plasma region on the Sun, capable of traversing the solar atmosphere and maintaining temperatures of a million degrees Kelvin inside the corona.

Extreme ultra-violet emission by solar coronal plasma at millions of degrees. Credit: Atmospheric Imaging Assembly (AIA) on board NASA’s Solar Dynamics Observatory (SDO) spacecraft

Researchers say the finding is the latest key to unraveling a host of related mysteries pertaining to Earth’s nearest star.

“The coronal heating problem is one of the biggest mysteries in solar physics research. It has existed for nearly a century,” said Wenda Cao, BBSO director and NJIT physics professor who is co-author of the study. “With this study, we have fresh answers to this problem, which may be key to untangling many confusing questions in energy transportation and dissipation in the solar atmosphere, as well as the nature of space weather.”

Using GST’s unique imaging capabilities, the team led by Yuan Ding was able to initially capture transverse oscillations in the darkest and coldest region on the Sun, called the sunspot umbra.

Such dark sunspot regions can form as the star’s strong magnetic field suppresses thermal conduction and hinders the energy supply from the hotter interior to the visible surface (or photosphere), where temperatures reach roughly 5,000 degrees Celsius.

Video yang menyajikan pengamatan gerakan tangensial dalam bintik matahari beresolusi tinggi. Kredit: NJIT-BBSO, Yuan dkk., Astronomi Alam, 2023

Untuk menyelidiki, tim mengukur aktivitas yang terkait dengan beberapa fitur gelap yang terdeteksi di bintik matahari aktif yang terekam pada 14 Juli 2015, oleh GST BBSO — termasuk gerakan berosilasi tangensial dari serat plasma di dalam bayangan bintik matahari di mana medan magnetnya lebih dari 6.000 kali lebih kuat. daripada yang ada di Bumi.

“Serat muncul sebagai struktur berbentuk kerucut dengan tinggi tipikal 500-1.000 km dan lebar sekitar 100 km,” jelas Vasyl Yurchyshyn, Profesor Riset Heliofisika NJIT-CSTR dan Ilmuwan Senior BBSO. “Mereka berusia dua hingga tiga menit, dan cenderung muncul kembali di lokasi yang sama di bagian paling gelap dari bayangan, di mana medan magnetnya paling kuat.”

“Serat dinamis gelap ini telah lama diamati di wilayah bayangan matahari, tetapi untuk pertama kalinya, tim kami dapat mendeteksi osilasi lateral yang merupakan manifestasi dari gelombang cepat,” kata Cao. “Gelombang transversal yang terus menerus dan ada di mana-mana dalam serat magnet yang kuat membawa energi ke atas melalui saluran magnet yang panjang secara vertikal dan berkontribusi pada pemanasan atmosfer bagian atas Matahari.”

Anatomi matahari kita. Kredit: ESA

Melalui simulasi numerik dari gelombang-gelombang ini, tim memperkirakan bahwa energi yang ditransfer bisa ribuan kali lebih kuat daripada energi yang hilang dalam plasma wilayah aktif di atmosfer bagian atas Matahari — menghamburkan energi hingga empat kali lipat lebih kuat daripada laju pemanasan. dibutuhkan untuk menopangnya. Suhu plasma yang panas meningkat di korona.

“Berbagai gelombang telah diamati di mana-mana di matahari, tetapi energinya biasanya terlalu rendah untuk memanaskan korona,” kata Jurcheshin. “Gelombang cepat yang terdeteksi di bintik matahari adalah sumber energi permanen dan efisien yang mungkin bertanggung jawab atas pemanasan korona di atas bintik matahari.”

Untuk saat ini, kata para peneliti, temuan baru tidak hanya merevolusi pandangan kita tentang bintik matahari, tetapi memberikan langkah penting lainnya dalam memajukan pemahaman fisikawan tentang proses transfer energi dan pemanasan korona matahari.

Namun, pertanyaan tentang masalah pemanasan korona masih tetap ada.

“Sementara temuan ini merupakan langkah maju untuk memecahkan misteri, fluks energi yang keluar dari bintik matahari mungkin hanya bertanggung jawab untuk memanaskan putaran yang berakar pada bintik matahari,” kata Kao. Sementara itu, ada wilayah lain yang bebas bintik matahari terkait dengan cincin koronal panas yang masih menunggu untuk dijelaskan. Kami berharap GST/BBSO akan terus memberikan bukti pengamatan beresolusi tertinggi untuk mengungkap lebih banyak misteri bintang kita.”

Referensi: “Osilasi Melintang dan Sumber Energi di Bintik Matahari yang Sangat Magnetik” oleh Ding Yuan, Libo Fu, Wenda Cao, Big Koma, Michael Gerets, dan Juan C. Miao, Song Feng, Xichang Feng, Carlos Quintero Noda, Basil Ruiz Cobo dan Jiangtao Su, 25 Mei 2023, astronomi alam.
DOI: 10.1038/s41550-023-01973-3