Totale solformørkelser skinner lys på solvinden med hjælp fra NASAs ACE-mission

Fra at krydse klitter i Sahara-ørkenen til at holde øje med isbjørne i Arktis, en gruppe af solforskere kendt som "solvindsherpaerne" ledet af Shadia Habbal, har rejst til Jordens ender for videnskabeligt at observere totale solformørkelser - de flygtige øjeblikke, hvor Månen fuldstændig blokerer for Solen, midlertidigt forvandler dag til nat. Med billederne, de har afsløret en overraskende opdagelse om Solens vind og dens piskede ydre atmosfære - koronaen - som kun er synlig i sin helhed under en formørkelse.

Fra mere end ti års værdi af observationer af total formørkelse taget rundt om i verden, holdet bemærkede, at koronaen holder en ret konstant temperatur, på trods af dynamiske ændringer i regionen, der opstår på en 11-årig rotation kendt som solcyklussen. Tilsvarende solvinden – den jævne strøm af partikler, Solen frigiver fra koronaen ud over solsystemet – matcher den samme temperatur.

"Temperaturen ved kilderne til solvinden i koronaen er næsten konstant gennem en solcyklus, " sagde Shadia Habbal, en solforsker ved University of Hawaii, der ledede undersøgelsen. "Dette fund er uventet, fordi koronale strukturer er drevet af ændringer i fordelingen af ​​magnetiserede plasmaer i koronaen, som varierer så meget gennem den 11-årige magnetiske solcyklus."

De nye resultater, offentliggjort i Astrofysiske tidsskriftsbreve , hjælper videnskabsmænd med bedre at forstå solvinden, som er en nøglekomponent i rumvejr, der kan påvirke elektronikhardware og astronautaktiviteter i rummet. Resultaterne kan også hjælpe videnskabsmænd med at forstå et langvarigt solmysterium:hvordan koronaen bliver over en million grader varmere end lavere atmosfæriske lag.

Mere end bare smukke billeder

Forskere har brugt totale solformørkelser i over et århundrede for at lære mere om vores univers, herunder dechifrering af Solens struktur og eksplosive begivenheder, at finde beviser for teorien om generel relativitetsteori, og endda opdage et nyt grundstof - helium. Mens instrumenter kaldet coronagraphs er i stand til at efterligne formørkelser, de er ikke gode nok til at få adgang til det fulde omfang af koronaen, der afsløres under en total solformørkelse. I stedet, astronomer skal rejse til fjerntliggende områder af Jorden for at observere koronaen under formørkelser, som forekommer hver 12. til 18. måned og kun varer et par minutter.

Gennem rejser til Australien, Libyen, Mongoliet, Oregon, og videre, holdet samlede 14 års højopløselige total solformørkelsesbilleder fra hele verden. De fangede formørkelserne ved hjælp af kameraer udstyret med specialiserede filtre for at hjælpe dem med at måle temperaturerne på partiklerne fra den inderste del af koronaen, kilderne til solvinden.

Forskerne brugte lys udsendt af to almindelige typer ladede jernpartikler i koronaen til at bestemme temperaturen på materialet der. Resultaterne viste uventet, at mængden af ​​de køligere partikler - som var mere rigelige og viste sig at bidrage med det meste af solvindmaterialet - var overraskende konsistente på forskellige tidspunkter i solcyklussen. Det sparsomme varmere materiale varierede meget mere med solcyklussen, mens solvindhastigheden varierede fra 185 til 435 miles per sekund.

"Det betyder, at det, der opvarmer størstedelen af ​​corona- og solvinden, ikke er meget afhængig af Solens aktivitetscyklus, " sagde Benjamin Boe, en solforsker ved University of Hawaii involveret i den nye forskning.

Fundet er overraskende, da det antyder, at mens størstedelen af ​​solvinden stammer fra kilder, der har en nogenlunde konstant temperatur, det kan have vildt forskellige hastigheder. "Så nu er spørgsmålet, hvilke processer holder temperaturen på solvindens kilder på en konstant værdi?" sagde Habbal.

Den dynamiske sol

Holdet sammenlignede også formørkelsesdataene med målinger taget fra NASAs Advanced Composition Explorer, eller ACE, rumfartøj, som sidder i rummet 1 million miles væk fra Jorden i retning af Solen og var også afgørende for at afsløre egenskaberne af den dynamiske komponent af solvinden. De variable hastigheder af den dynamiske vind var kendetegnet ved variabiliteten af ​​jernladningstilstande forbundet med dem. Rumfartøjets data viste, at hastighederne af partiklerne set i den variable solvind ændrede sig i forhold til jernladningstilstandene forbundet med dem. De høje temperaturskeder omkring begivenheder kaldet prominenser, opdaget fra observationer af formørkelse, viste sig at være ansvarlige for den dynamiske vind og den lejlighedsvise koronale masseudslyngning - en stor sky af solplasma og indlejrede magnetiske felter frigivet til rummet efter et soludbrud.

Mens holdet ikke ved, hvorfor kilderne til solvinden har samme temperatur, de tror, ​​at hastighederne varierer afhængigt af tætheden af ​​den region, de stammer fra, som i sig selv er bestemt af det underliggende magnetfelt. Hurtigtflyvende partikler kommer fra områder med lav tæthed, og langsommere fra områder med høj tæthed. Dette skyldes sandsynligvis, at energien er fordelt mellem alle partiklerne i en region. Så i områder, hvor der er færre partikler, der er mere energi til hver enkelt partikel. Dette svarer til at dele en fødselsdagskage - hvis der er færre mennesker, der er mere kage til hver person.

De nye resultater giver ny indsigt i solvindens egenskaber, som er en nøglekomponent i rumvejr, der kan påvirke rumbaserede kommunikationssatellitter og astronomiske observationsplatforme. Holdet planlægger at fortsætte med at rejse kloden rundt for at observere totale solformørkelser. De håber, at deres indsats i sidste ende kan kaste et nyt lys over det langvarige solmysterium:hvordan koronaen når en temperatur på en million grader, langt varmere end soloverfladen.