Astronomer afslører solkoronaens magnetfelt

Mens verden har beskæftiget sig med coronavirus-pandemien, forskere ved University of Hawaiʻi Institute for Astronomy (IfA) har arbejdet hårdt på at studere solkoronaen, solens yderste atmosfære, som udvider sig til det interplanetariske rum. Denne strøm af ladede partikler, der udstråler fra solens overflade, kaldes solvinden og udvider sig til at fylde hele solsystemet.

Solkoronaens egenskaber er en konsekvens af solens komplekse magnetfelt, som produceres i solens indre og strækker sig udad. En ny undersøgelse af IfA-studerende Benjamin Boe, offentliggjort onsdag, 3. juni i Astrofysisk tidsskrift , brugte observationer af total solformørkelse til at måle formen af ​​det koronale magnetfelt med højere rumlig opløsning og over et større område end nogensinde før.

Koronaen ses lettest under en total solformørkelse - når månen er direkte mellem jorden og solen, blokerer solens lyse overflade. Betydelige teknologiske fremskridt i de seneste årtier har flyttet meget af fokus til rumbaserede observationer ved bølgelængder af lys, der ikke er tilgængelige fra jorden, eller til store jordbaserede teleskoper som Daniel K. Inouye Solar Telescope på Maui. På trods af disse fremskridt, nogle aspekter af koronaen kan kun studeres under totale solformørkelser.

Derfor er Boes rådgiver og koronale forskningsekspert, Shadia Habbal, har stået i spidsen for en gruppe af formørkelsesjagere, der har foretaget videnskabelige observationer under solformørkelser i over 20 år. De såkaldte "solvindsherpaer" rejser kloden rundt for at jage totale solformørkelser, transport af følsomme videnskabelige instrumenter på fly, helikoptere, biler, og endda heste for at nå de optimale placeringer. Disse solformørkelsesobservationer har ført til gennembrud i afsløringen af ​​nogle af hemmelighederne bag de fysiske processer, der definerer koronaen.

"Coronaen er blevet observeret med totale solformørkelser i godt et århundrede, men aldrig før var formørkelsesbilleder blevet brugt til at kvantificere dens magnetiske feltstruktur, " forklarede Boe, "Jeg vidste, at det ville være muligt at udtrække meget mere information ved at anvende moderne billedbehandlingsteknikker til solformørkelsesdata." Boe sporede mønsteret af fordelingen af ​​magnetiske feltlinjer i koronaen, ved hjælp af en automatisk sporingsmetode anvendt på billeder af koronaen taget under 14 formørkelser gennem de sidste to årtier. Disse data gav mulighed for at studere ændringerne i koronaen over to 11-årige magnetiske cyklusser af solen.

Boe fandt ud af, at mønsteret af de koronale magnetiske feltlinjer er meget struktureret, med strukturer set i størrelsesskalaer ned til opløsningsgrænsen for de kameraer, der blev brugt til observationerne. Han så også mønsteret ændre sig med tiden. For at kvantificere disse ændringer, Boe målte magnetfeltets vinkel i forhold til solens overflade.

I perioder med minimal solaktivitet, koronaens felt udgik næsten lige ud af solen nær ækvator og poler, mens den kom ud i en række forskellige vinkler på mellembreddegrader. Under solaktivitetens maksimum, på den anden side, det koronale magnetfelt var langt mindre organiseret og mere radialt.

"Vi vidste, at der ville ske ændringer i løbet af solcyklussen, " bemærkede Boe, "men vi havde aldrig forventet, hvor udvidet og struktureret det koronale felt ville være. Fremtidige modeller bliver nødt til at forklare disse funktioner for fuldt ud at forstå det koronale magnetfelt."

Disse resultater udfordrer de nuværende antagelser, der bruges i koronal modellering, som ofte antager, at det koronale magnetfelt er radialt ud over 2,5 solradier. I stedet, dette arbejde fandt ud af, at det koronale felt ofte var ikke-radialt til mindst fire solradier.

Dette arbejde har yderligere implikationer i andre områder af solforskning, herunder dannelsen af ​​solvinden, som påvirker Jordens magnetfelt og kan have effekter på jorden, såsom strømafbrydelser.

"Disse resultater er af særlig interesse for dannelse af solvind. Det indikerer, at de førende ideer til, hvordan man modellerer dannelsen af ​​solvinden, ikke er fuldstændige, og så vores evne til at forudsige og forsvare sig mod rumvejr kan forbedres, sagde Boe.

Holdet planlægger allerede deres næste ekspeditioner med formørkelse, med den næste planlagt til Sydamerika i december i år.

Resultaterne er offentliggjort i 3. juni udgaven af Astrofysisk tidsskrift , og er også tilgængelige i preprint-form på ArXiv.