Solens atmosfär kallas korona. Den består av
elektriskt laddad gas som kallas plasma och har en temperatur på cirka en
miljon grader Celsius.
Denna temperatur är ett mysterium eftersom solens
yta bara är cirka 6000 grader celcius. Koronan borde enligt fysikens lagar vara
svalare än ytan eftersom solens energi kommer från dess kärna och saker blir
svalare ju längre bort de är från en värmekälla. Likväl är koronan mer än 150
gånger hetare än ytan.
Det misstänks att förklaringen är turbulens i
solatmosfären som kan leda till betydande uppvärmning av plasman i koronan. Men
när det gäller att undersöka detta fenomen stöter solfysiker på ett praktiskt
problem: det är omöjliga i att samla all data de behöver för att få svar med
bara en enda rymdfarkost.
Det finns två sätt att undersöka solen: fjärranalys
och in situ-mätningar. Vid fjärranalys är rymdfarkosten placerad på ett visst
avstånd från solen och använder kameror för att se på solen och dess atmosfär i
olika våglängder. Vid in-situ-mätningar flyger rymdfarkosten genom den region
den vill undersöka och gör mätningar av partiklarna och magnetfälten i den
delen.
Båda tillvägagångssätten har sina fördelar.
Fjärranalys visar de storskaliga resultaten men inte detaljerna i de processer
som sker i plasmat. Samtidigt ger in-situ-mätningar mycket specifik information
om de småskaliga processer i plasman men visar inte hur detta påverkar i den
stora skalan.
För att få hela bilden behövs två rymdfarkoster. Detta är precis vad solfysiker för närvarande har i form av ESA-ledda rymdfarkosten Solar Orbiter och NASA: s Parker Solar Probe. Solar Orbiter är utformad för att komma så nära solen som möjligt och fortfarande utföra fjärranalysoperationer, tillsammans med mätningar på plats. Parker Solar Probeavstår till stor del från fjärranalys av solen själv för att istället färdas ännu närmare för sina mätningar på plats.
Men för att dra full nytta av farkosternas kompletterande
tillvägagångssätt Parker Solar Probe vara inom synfältet för ett av Solar
Orbiters instrument. På så sätt kan Solar Orbiter registrera de storskaliga
konsekvenserna av vad Parker Solar Probe mätte in-situ (in-situ begreppet
betyder på plats).
Daniele Telloni, forskare vid det italienska
nationella institutet för astrofysik (INAF) vid astrofysiska observatoriet i
Turin, är en i teamet bakom Solar Orbiters Metis-instrument. Metis är en
koronagraf som blockerar ljuset från solens yta och tar bilder av koronan. Det
är det perfekta instrumentet att använda för storskaliga mätningar och med
detta instrument började Daniele leta efter tillfällen då Parker Solar Probe
kunde vara med i undersökningen.
Den 1 juni 2022 var tillfället då de två
rymdfarkosterna vara i nästan rätt omloppskonfiguration med varandra. I
huvudsak skulle Solar Orbiter se på solen och Parker Solar Probe vara precis
vid sidan om, nära, men precis utanför synfältet för Metis-instrumentet.
När Daniele såg problemet insåg han att allt som
skulle krävas för att få Parker Solar Probe i sikte var lite korrigering av Solar
Orbiters riktning: en 45 graders förändring och rikta farkosten något bort från
solen.
Men när varje manöver av ett rymduppdrag är noggrant
planerad i förväg, och rymdfarkoster själva är utformade för att peka endast i
mycket specifika riktningar, särskilt när man hanterar solens enorma värme var
det inte klart att rymdfarkostens operationsgrupp skulle godkänna en sådan
avvikelse med tanke på solens hetta och farkostens skydd. Men när alla var
klara över den potentiella vetenskapliga avkastningen blev beslutet ett tydligt
"ja"."Möjligheten att använda både Solar Orbiter och Parker
Solar Probe har verkligen öppnat en helt ny dimension i denna forskning", beskriver
Gary Zank, vid University of Alabama i
Huntsville, USA och medförfattare till detstudien.
Genom att jämföra den nyligen uppmätta hastigheten
med de teoretiska förutsägelser som har gjorts av solfysiker genom åren har
Daniele nu visat att solfysiker nästan säkert hade rätt i sin förklaring av
turbulens som ett sätt att överföra energi.
Det specifika sätt som turbulens gör detta är inte
olikt vad som händer när man rör ut socker i en kopp kaffe. Genom att stimulera
slumpmässiga rörelser av en vätska, antingen en gas eller en vätska överförs
energi till allt mindre skalor vilket kulminerar i omvandlingen av energi till
värme. När det gäller solkoronan magnetiseras också vätskan och då lagras
magnetisk energi tillgängligt för att omvandlas till värme.
En sådan överföring av magnetisk och rörelseenergi
från större till mindre skalor är själva kärnan i turbulens. Vid de minsta
skalorna tillåter dessa fluktuationer att interagera med enskilda partiklar,
mestadels protoner och värma upp dessa.
Mer arbete behövs dock innan man kan säga att
solvärmeproblemet är löst men nu, tack vare Danieles arbete, har solfysiker sin
första mätning av denna process.
Arbetet representerar ett viktigt steg framåt för
att lösa koronans uppvärmningsproblem, skriver projektforskare Daniel Müller.
Bild vikipedia från solens yta registrerad av Hinode's Solar Optical Telescope den 12 januari 2007. Bilden visar plasmats trådliknande former som förbinder olika områden med olik magnetisk polaritet. Det japanska Hinodes-teleskopet kan påvisa dessa mycket dramatiska bilder av kromosfären, det tunna skikt av solatmosfären som finns mellan solens synliga yta, fotosfären och koronan.
