NASA ser Solen sætte en stopper for sit eget udbrud

Den 30. sept. 2014, flere NASA-observatorier så, hvad der så ud til at være begyndelsen på et soludbrud. Et filament - en slangestruktur bestående af tæt solmateriale og ofte forbundet med soludbrud - rejste sig fra overfladen, få energi og fart, mens den steg. Men i stedet for at bryde ud fra solen, filamentet kollapsede, revet i stykker af usynlige magnetiske kræfter.

Fordi videnskabsmænd havde så mange instrumenter til at observere begivenheden, de var i stand til at spore hele begivenheden fra start til slut, og forklare for første gang, hvordan Solens magnetiske landskab afsluttede et soludbrud. Deres resultater er opsummeret i et papir offentliggjort i The Astrofysisk tidsskrift den 10. juli, 2017.

"Hver komponent i vores observationer var meget vigtig, " sagde Georgios Chintzoglou, hovedforfatter af papiret og en solfysiker ved Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory i Palo Alto, Californien, og University Corporation for Atmospheric Research i Boulder, Colorado. "Fjern et instrument, og du er dybest set blind. I solfysik, du skal have god dækning ved at observere flere temperaturer - hvis du har dem alle, du kan fortælle en god historie."

Undersøgelsen gør brug af et væld af data fanget af NASAs Solar Dynamics Observatory, NASA's Interface Region Imaging Spectrograph, JAXA/NASA's Hinode, og flere jordbaserede teleskoper til støtte for opsendelsen af ​​den NASA-finansierede VAULT2.0-sonderaket. Sammen, disse observatorier ser Solen i snesevis af forskellige bølgelængder af lys, der afslører Solens overflade og lavere atmosfære, giver videnskabsmænd mulighed for at spore udbruddet fra dets begyndelse op gennem solatmosfæren - og i sidste ende forstå, hvorfor det forsvandt.

Dagen for det mislykkede udbrud, videnskabsmænd pegede på VAULT2.0-sonden raket - en sub-orbital raket, der flyver i omkring 20 minutter, indsamler data fra over Jordens atmosfære i omkring fem af disse minutter - i et område med intens, kompleks magnetisk aktivitet på Solen, kaldet en aktiv region. Holdet samarbejdede også med IRIS for at fokusere sine observationer på den samme region.

"Vi forventede et udbrud; dette var det mest aktive område på Solen den dag, " sagde Angelos Vourlidas, en astrofysiker ved Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland, hovedefterforsker af VAULT2.0-projektet og medforfatter til papiret. "Vi så glødetråden løfte sig med IRIS, men vi så det ikke bryde ud i SDO eller i koronagrafierne. Det var sådan, vi vidste, at det mislykkedes«.

Solens landskab styres af magnetiske kræfter, og forskerne udledte, at glødetråden måtte have mødt en magnetisk grænse, der forhindrede den ustabile struktur i at bryde ud. De brugte disse observationer som input til en model af Solens magnetiske miljø. Ligesom videnskabsmænd, der bruger topografiske data til at studere Jorden, solfysikere kortlægger solens magnetiske træk, eller topologi, at forstå, hvordan disse kræfter styrer solaktiviteten.

Chintzoglou og hans kolleger udviklede en model, der identificerede steder på Solen, hvor magnetfeltet var særligt komprimeret, da hurtige frigivelser af energi - såsom dem, de observerede, da glødetråden kollapsede - er mere tilbøjelige til at forekomme, hvor magnetiske feltlinjer er stærkt forvrænget.

"Vi beregnede Solens magnetiske miljø ved at spore millioner af magnetfeltlinjer og se på, hvordan nabofeltlinjer forbinder og divergerer, " sagde Antonia Savcheva, en astrofysiker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts, og medforfatter til papiret. "Mængden af ​​divergens giver os et mål for topologien."

Deres model viser, at denne topologi former, hvordan solstrukturer udvikler sig på Solens overflade. Typisk, når solstrukturer med modsatte magnetiske orienteringer kolliderer, de frigiver eksplosivt magnetisk energi, opvarmer atmosfæren med et blus og bryder ud i rummet som en koronal masseudslyngning - en massiv sky af solmateriale og magnetiske felter.

Men på dagen for september 2014-udbruddet, modellen viste, at glødetråden i stedet blev skubbet op mod en kompleks magnetisk struktur, formet som to igloer, der er smadret mod hinanden. Denne usynlige grænse, kaldet et hyperbolsk fluxrør, var resultatet af en kollision af to bipolære områder på solens overflade - en forbindelse af fire vekslende og modsatrettede magnetfelter, der er modne til magnetisk genforbindelse, en dynamisk proces, der eksplosivt kan frigive store mængder lagret energi.

"Det hyperbolske fluxrør bryder filamentets magnetfeltlinjer og forbinder dem igen med dem fra den omgivende sol, så filamentets magnetiske energi fjernes, " sagde Chintzoglou.

Denne struktur tærer på filamentet som en kværn, sprøjtning af spåner af solmateriale og forebyggelse af udbrud. Da filamentet aftog, modellen viser, at varme og energi blev frigivet til solens atmosfære, matcher de første observationer. Den simulerede genforbindelse understøtter også observationerne af lyse, fladrende sløjfer, hvor det hyperbolske fluxrør og filamentet mødtes - bevis for magnetisk genforbindelse.

Mens videnskabsmænd har spekuleret i, at en sådan proces eksisterer, det var først, da de serendipitalt havde flere observationer af en sådan begivenhed, at de var i stand til at forklare, hvordan en magnetisk grænse på Solen er i stand til at standse et udbrud, fjerner en filament af energi, indtil den er for svag til at bryde ud.

"Dette resultat ville have været umuligt uden koordineringen af ​​NASAs solenergiflåde til støtte for vores raketopsendelse, " sagde Vourlidas.

Denne undersøgelse indikerer, at Solens magnetiske topologi spiller en vigtig rolle i, hvorvidt et udbrud kan briste fra Solen. Disse udbrud kan skabe rumvejreffekter omkring Jorden.

"Det meste forskning er gået ind i, hvordan topologi hjælper udbrud med at undslippe, " sagde Chintzoglou. "Men dette fortæller os, at bortset fra udbrudsmekanismen, vi skal også overveje, hvad den begyndende struktur møder i begyndelsen, og hvordan det kan stoppes."