Inget vet varför solens atmosfär är så het.

 

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.

Hubbleteleskopet upptäckte ett sköldskydd runt två dvärggalaxer

 

Under flera miljarder år har Vintergatans största satellitgalaxer – det Stora Magellanska molnet och Lilla Magellanska molnet följts åt under en för dem riskabel färd.  De kretsar kring varandra under sin färd vid Vintergatan och har börjat nystas upp något som ses som spår av gasformigt skräp som är på väg in i Vintergatan. Men till astronomernas förvåning förblir dessa dvärggalaxer intakta och där sker även kraftig stjärnbildning.

"Många har försökt förklara hur dessa strömmar av skräp i gasform mm kan finnas där på plats", säger Dhanesh Krishnarao, biträdande professor vid Colorado College. "Om denna gas avlägsnas från dessa galaxer hur bildas då stjärnor fortfarande?"

Med hjälp av data från NASA:s rymdteleskop Hubble och en pensionerad satellits data med namnet Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) har ett team av astronomer under ledning av Krishnarao nu hittat svaret: De Magellanska galaxerna är omgivna av en korona. En skyddande sköld av het överladdad gas. Denna sköld runt de två galaxerna förhindrar att deras gasförsörjning sugs in av Vintergatan och därmed kan det bildas nya stjärnor i de Magellanska molnen.

Upptäckten publicerades nyligen i Nature och tar upp en ny aspekt av galaxens utveckling. "Galaxer som omsluts av gasformiga kokonger där  fungerar dessa kokonger som defensiva sköldar mot andra galaxer", säger medutredaren Andrew Fox vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland.

Astronomer förutspådde kokongens existens för flera år sedan. "Vi upptäckte att om vi inkluderade en kokong i datasimuleringarna av de Magellanska molnen som faller in mot Vintergatan, kunde vi förklara massan av extraherad gas i molnen", förklarade Elena D'Onghia, en av medutredarna vid University of Wisconsin – Madison. "Vi visste att stora Magellanska molnet borde vara tillräckligt massiv för att ha en korona (kokong)."

Men även om koronan sträcker sig mer än 100000 ljusår ut från de Magellanska molnen och täcker en stor del av den södra stjärnhimlen är den osynlig för blotta ögat. Att kartlägga den krävde att man analyserade 30 år av arkiverad data.

Forskare tror att en galax korona är en rest av det ursprungliga gasmolnet som kollapsade för att bilda galaxen för miljarder år sedan. Även om koronor har setts runt mer avlägsna dvärggalaxer hade astronomer aldrig tidigare kunnat undersöka en så detaljerat som nu.

"Det finns massor av förutsägelser från datorsimuleringar om hur de bör se ut och hur de ska interagera under miljarder år. Men utan direkta observationer kan vi inte testa de flesta av förutsägelserna då dvärggalaxer vanligtvis är svåra att upptäcka", säger Krishnarao. Då de Maggelanska molnen finns precis utanför oss i rymden ger de Magellanska molnen oss ett idealiskt tillfälle att studera hur dvärggalaxer interagerar och utvecklas.

På jakt efter direkta bevis av den Magellanska koronan kammade teamet igenom Hubble- och FUSE-dataarkiven efter ultravioletta observationer av kvasarer som ligger miljarder ljusår bortom dem. Kvasarer är de extremt ljusa kärnorna i galaxer (i en stark lysande och avlägsen galax centrum) som hyser massiva aktiva svarta hål. Teamet resonerade att även om koronan skulle vara för svag för att se på egen hand utan borde vara synlig som en slags dimma som döljer och absorberar distinkta mönster av starkt ljus från kvasarer i bakgrunden. Hubble-observationer av kvasarer användes tidigare för att kartlägga koronan som omger Andromedagalaxen.

Vid analys av mönster i ultraviolett ljus från 28 kvasarer kunde teamet detektera och karakterisera materialet som omger det stora Magellanska molnet och att koronan existerar. Som förutspått är kvasarspektra präglade med de distinkta signaturerna av kol, syre och kisel som utgör ett halo av het plasma som omger galaxen.

Förmågan att upptäcka koronan krävde extremt detaljerad ultraviolett spektra. "Upplösningen av Hubble och FUSE var avgörande för denna studie", förklarade Krishnarao. "Coronagasen är så diffus att den knappt ens finns eller ses där." Dessutom blandas den med andra gaser, inklusive strömmarna som dras från de Magellanska molnen och material med ursprung i Vintergatan.

Genom att kartlägga resultaten upptäckte teamet också att mängden gas minskar med avståndet från centrum av det stora Magellanska molnet. "Det är en perfekt talande signatur att den här koronan verkligen finns där", säger Krishnarao. "Det är verkligen en kokong runt galaxerna som skyddar dem."

"Allt som försöker passera in i galaxen måste passera genom denna först så denna kan absorbera en del av dettas påverkan", förklarade Krishnarao. – Dessutom är coronan det första materialet som kan dras in mot Vintergatan. Samtidigt som lite av denna försvinner skyddar gasen ändå det som finns inne i själva galaxen och bildar nya stjärnor.

Bild www.hubblesite.org bilden visar fenomenet.

Vissa av solens utkast var illusioner

 

Många koronalslingliknande utkast från solens yta så kallade plasmasträngar har forskare länge förstå mer. Men nya rön visar att många av dessa kanske flertalet kan vara feltolkade och istället är optiska illusioner. Detta beskrivs i en ny artikel publicerad i The Astrophysical Journal.

I forskningen om detta ledd vid National Center for Atmospheric Research (NCAR)  användes  en banbrytande, realistisk 3D-simulering av solkoronan. Simuleringen utfördes vid NCAR för flera år sedan men först nu publiceras  resultatet offentligt. Arbetet innebar att forskarna lyckades undersöka koronan i distinkta sektioner i ett försök att isolera enskilda koronalslingor.

Vad de fann är att många av slingorna inte var koronaslingor.

Medan forskargruppen kunde hitta några av de koronalslingor de letade efter, fann de också att det som i många fall verkade vara slingor i bilder tagna av solen faktiskt var optiska effekter av ljus plasma i solatmosfären (speglingar). När man tredimensionellt analyserade ljusplasma som viks över sig självt ser vikningen ut som ljusa tunna linjer som efterliknar utseendet på distinkta och fristående plasmasträngar men i själva verket är speglingar av sådana.

 

Resultaten, som forskargruppen kallar hypotesen "koronal slöja", får betydande konsekvenser för vår förståelse av solen genom att det som vi trodde var koronalslingor (inte alltid är detta)  har använts i årtionden som ett sätt att härleda information om densitet, temperatur och andra fysiska egenskaper i solatmosfären.

 

"Jag har ägnat hela min karriär åt att studera koronalloopar", säger NCAR-forskaren Anna Malanushenko, som ledde studien. – Jag var glad att den här simuleringen skulle ge mig möjlighet att studera dem mer i detalj. Jag förväntade mig aldrig det här. När jag såg resultaten exploderade mitt sinne. Detta är ett helt nytt paradigm för att förstå solens atmosfär."

 

Forskningen finansierades av NASA och inkluderade samarbetspartners från NCAR:s Höghöjdsobservatorium, Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory, Southwest Research Institute och NASA Goddard. NCAR sponsras av National Science Foundation. För fylligare information om denna forskning och dess resultat som säkert får stor betydelse i vår kunskap om solen som vi nu förstår vi missuppfattat till viss del, se denna länk. 

Bild flickr.com

Nya rön om varför yttre delen av solen är så het

 

Forskare från NASA publicerar för första gången tydliga bilder av nanojets - ljusa tunna sken som färdas vinkelrätt mot de magnetiska strukturerna i solens atmosfär (koronan). För bildtagningen har de använt Nasas Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) Resultaten publicerades i Nature Astronomy den 21 september.

Nanojets är små explosioner på solen som är svåra att upptäcka.

"De är mycket kortlivade och små  vilket innebär att de är svåra att hitta mot den ljusa solytan," säger NASA.

"Varje nanojet tros initieras av en process som kallas magnetisk återanslutning där vridna magnetfält explosivt justeras. En återanslutning kan sätta igång en annan återanslutning, vilket skapar en lavin av nanojets i koronan på solen," enligt Nasa.

NASA säger även att nanojets är "ljusa tunna sken som färdas vinkelrätt mot de magnetiska strukturerna i solens atmosfär. Dessa uppståenden och återanslutningar av nanoflares resulterar i koronans uppvärmning."

 

"Solkoronan värms upp till miljontals grader av solens magnetfält. Det har länge varit hypotesen att uppvärmningen är resultat från en myriad av små magnetiska energiutbrott som kallas nanoflares och av den grundläggande processen för magnetisk återanslutning," enligt NASA.

"Feljusterade magnetfälts linjer kan bryta och återansluta vilket producerar nanoflares i lavin-liknande processer," säger forskare.

Nanojets uppkomst, feljustering utefter magnetfältet och därav den då uppkomna återanslutningen av riktning av nanoflares är det som är anledningen till den heta yttre koronan på solen.

Bild från pixabay.com

Närmare solen än denna snart uppsända farkost har ingen hittills varit. Förväntningar på vad som kan upptäckas är stora.

Det är i juli 2018 denna farkost stor som en ordinär bil ska sändas upp mot solen. 6,3 km ovan solen i dess korona ska mätningar och upptäckter göras för att förstå stjärnorna bättre.

I en temperatur utanför farkosten av ca 1300C blir påfrestningarna stora. Under sju år ska sju besök göras i detta närområde av farkosten.

Hastigheten på farkosten är otroliga 430 000 km/t.

Förväntningarna på vad man ska lära sig är stora.

Bilden visar hur denna farkost ser ut och hur dess färd kan se ut.