Første direkte udforskning af magnetiske felter i den øvre solatmosfære

For første gang i verden, forskere har undersøgt magnetfeltet i den øvre solatmosfære ved at observere polariseringen af ​​ultraviolet lys fra solen. De opnåede dette ved at analysere data taget af CLASP-sonderaketeksperimentet under dets 5-minutters flyvning i rummet den 3. september, 2015. Dataene viser, at strukturerne i solkromosfæren og overgangsregionen er mere komplicerede end forventet. Nu hvor ultraviolet spektropolarimetri, metoden anvendt i CLASP-projektet, har vist sig at virke, den kan bruges i fremtidige undersøgelser af magnetfelterne i den øvre kromosfære og overgangsregionen for bedre at forstå aktiviteten i solens atmosfære.

Ved at analysere lysets karakteristika fra solen, astronomer kan bestemme, hvordan det er blevet udsendt og spredt i solens atmosfære, og dermed bestemme forholdene i solatmosfæren. Fordi magnetiske felter menes at spille en vigtig rolle i forskellige typer af solaktivitet, der er foretaget mange præcise målinger af magnetfelterne på soloverfladen ("fotosfære"), men ikke så mange observationer har målt magnetfelterne i solatmosfæren over overfladen. Mens der udsendes synligt lys fra fotosfæren, ultraviolet (UV) lys udsendes og spredes i de dele af solatmosfæren kendt som kromosfæren og overgangsregionen. CLASP er et projekt, der skal undersøge de magnetiske felter i den øvre kromosfære og overgangsregionen, ved anvendelse af hydrogen Lyman-α-linjen i UV.

Det internationale hold brugte data fra CLASP spektropolarimeter, et instrument, som giver detaljeret information om bølgelængde (farve) og polarisering (orientering af lysbølgerne) for lys, der passerer gennem en tynd spalte. Den venstre side af figur 1 viser positionen af ​​spektropolarimeterspalten på et baggrundsbillede taget af spalte-kæbekameraet ombord på CLASP; diagrammerne i højre side viser bølgelængde- og polarisationsdata.

Forskerne opdagede, at brint-Lyman-α-linjen fra Solen faktisk er polariseret. Nogle af polarisationsegenskaberne matcher dem, der er forudsagt af de teoretiske spredningsmodeller. Imidlertid, andre er uventede, hvilket indikerer, at strukturerne af den øvre kromosfære og overgangsregionen er mere komplicerede end forventet. I særdeleshed, holdet opdagede, at polarisering varierede på en rumlig skala på 10 - 20 buesek. (en hundrededel - en halvtredsindstyvendedel af solens radius).

Ud over spredningen, magnetiske felter kan også påvirke polariseringen. For at undersøge, om den målte polarisering var påvirket af magnetfeltet, holdet observerede 3 forskellige bølgelængdeområder:kernen af ​​brint Lyman-α-linjen (121.567 nm), hvis polarisering påvirkes af selv et svagt magnetfelt; en ioniseret silicium-emissionslinje (120,65 nm), hvis polarisering kun påvirkes af et relativt stærkt magnetfelt; og vingen af ​​brint Lyman-α spektrallinjen, som ikke er følsom over for magnetisk inducerede polarisationsændringer. Teamet analyserede disse 3 polarisationer over 4 områder på soloverfladen med forskellige magnetiske strømninger (region A, B, C, og D i figur 1). Resultaterne plottet i figur 2 viste, at de store afvigelser fra den forventede spredningspolarisering i Lyman-α-kernen og siliciumlinjen faktisk skyldes magnetfelterne, fordi Lyman-α-vingepolariseringen forbliver næsten konstant.

Disse epokegørende resultater er de første, der direkte viser, at der eksisterer magnetiske felter i overgangsområdet. De viser også, at ultraviolet spektropolarimetri er effektiv til at studere solens magnetfelter. I øvrigt, disse resultater har vist, at raketeksperimenter som CLASP kan spille en vigtig rolle i banebrydende nye teknikker, selvom de er små og kortsigtede sammenlignet med satellitter.

Dr. Ryoko Ishikawa, projektforsker for det japanske CLASP-team, beskriver betydningen af ​​resultaterne, "Den vellykkede observation af polarisering, der indikerer magnetiske felter i den øvre kromosfære og overgangsregionen, betyder, at ultraviolet spektropolarimetri har åbnet et nyt vindue til sådanne solmagnetiske felter, giver os mulighed for at se nye aspekter af Solen."

Disse resultater vises som "Opdagelse af spredningspolarisering i Hydrogen Lyα-linjen i Solar Disk Radiation" af R. Kano, et. al. i Astrofysiske tidsskriftsbreve i april 2017 og "Indikation af Hanle-effekten ved at sammenligne spredningspolariseringen observeret af CLASP i Lyman-α og Si III 120,65 nm-linjerne" af R. Ishikawa, et. al. i The Astrophysical Journal i maj 2017.