Om generering af solspicules og alfveniske bølger

Kombination af computerobservationer og simuleringer, en ny model viser, at tilstedeværelsen af ​​neutrale stoffer i gassen letter magnetfelterne til at trænge igennem solens overflade og producere spiklerne. I dette studie, ledet af en astrofysiker, der studerede ved University of La Laguna, deltog i det svenske solteleskop for Roque de los Muchachos -observatoriet i La Palma.

På et givet tidspunkt, hele 10 millioner vilde slanger af solmateriale springer fra solens overflade. Det er spicules, og på trods af deres overflod, forskere forstod ikke, hvordan disse plasmastråler dannes, og de påvirkede heller ikke opvarmningen af ​​de ydre lag i solens atmosfære eller solvinden. Nu, for første gang, i en undersøgelse delvist finansieret af NASA, forskere har modelleret spicule -dannelse. For første gang, et videnskabeligt team har afsløret deres natur ved at kombinere simuleringer og billeder taget med NASAs IRIS -spektrograf og det svenske solteleskop fra Roque de los Muchachos -observatoriet (Garafía, La Palma). Studiet, ledet af Dr. Juan Martinez-Sykora, forsker ved Lockheed Martins Solar and Astrophysics Laboratory (Californien) og astrofysiker ved University of La Laguna (ULL), offentliggøres i dag i tidsskriftet Videnskab .

Observationerne blev foretaget med IRIS (NASA's Interface Region Imaging Spectrograph), et 20 cm ultraviolet rumteleskop med et spektrograf, der kan observere detaljer på omkring 240 km, og det svenske solteleskop, placeret ved Roque de los Muchachos -observatoriet. Dette rumfartøj og det jordbaserede teleskop studerer de nederste lag i solatmosfæren, hvor spikulerne dannes:kromosfæren og overgangsområdet

Udover billederne, de brugte computersimuleringer, hvis kode blev udviklet i næsten et årti. "I vores forskning, "siger prof. Bart De Pontieu, også forfatter til undersøgelsen, "begge går hånd i hånd." Vi sammenligner observationer og modeller for at finde ud af, hvor godt vores modeller klarer sig, samt hvordan vi skal fortolke vores rumbaserede observationer. "

Deres model er baseret på dynamikken i plasma - den varme gas fra ladede partikler, der strømmer langs magnetfelter og udgør solen. Tidligere versioner af modellen behandlede grænsefladeregionen som en ensartet, eller helt opladet, plasma, men forskerne vidste, at der manglede noget, fordi de aldrig så spicules i simuleringerne.

Den model, de genererede, er baseret på plasmadynamik, en meget varm delvist ioniseret gas, der strømmer langs magnetfelterne. Tidligere versioner betragtede den lavere atmosfære som et ensartet eller fuldt opladet plasma, men de mistænkte, at der manglede noget, da de aldrig opdagede pigge i simuleringerne.

Nøglen, vidste forskerne, var neutrale partikler. De blev inspireret af Jordens egen ionosfære, et område i den øvre atmosfære, hvor interaktioner mellem neutrale og ladede partikler er ansvarlige for talrige dynamiske processer. I køligere områder i solen, såsom grænsefladeområdet, plasma er faktisk ikke ensartet. Nogle partikler er stadig neutrale, og neutrale partikler er ikke udsat for magnetfelter som ladede partikler er. Forskere baserede tidligere modeller på et ensartet plasma for at forenkle problemet - modellering er beregningsmæssigt dyr, og den sidste model tog cirka et år at køre med NASAs supercomputereessourcer - men de indså, at neutrale partikler er en nødvendig brik i puslespillet.

"Normalt er magnetfelter tæt forbundet med ladede partikler, "sagde Juan Martínez-Sykora, hovedforfatter af undersøgelsen og en solfysiker ved Lockheed Martin. "Med kun ladede partikler i modellen, magnetfelterne sad fast, og kunne ikke stige til overfladen. Da vi tilføjede neutrale, magnetfelterne kunne bevæge sig mere frit. "

Neutrale partikler letter opdriften, de marmorerede knaster af magnetisk energi skal stige gennem det kogende plasma og nå overfladen. Der, de snap producerer spicules, frigiver både plasma og energi. Simuleringerne matchede nøje observationerne; spicules forekom naturligt og hyppigt.

"Dette resultat er et klart eksempel på det gennembrud, der kan opnås ved at kombinere kraftfulde teoretisk-numeriske metoder, topmoderne observationer og supercomputeringsværktøjer til bedre at forstå astrofysiske fænomener ", forklarer prof. Fernando Moreno-Insertis, solfysiker ved IAC, Professor er ULL og vejleder for arbejdet Diploma of Advanced Studies (DEA) fra Juan Martínez-Sykora. "Den store kompleksitet af mange af de fænomener, der forekommer i solatmosfæren, tvinger os til samtidig at overveje dynamikken i delvist ioniseret gas, magnetfeltet og stråling-stof-interaktionen for at kunne forklare dem tilfredsstillende ".

"Dette resultat er et klart eksempel på de gennembrud, der kan opnås ved at kombinere kraftfulde teoretisk-numeriske metoder, topmoderne observationer og supercomputeringsværktøjer til bedre at forstå astrofysiske fænomener ", forklarer Fernando Moreno-Insertis, solfysiker ved IAC, Professor ved ULL og vejleder for DEA-afhandlingen (svarende til en kandidatafhandling) af Juan Martínez-Sykora. "Den store kompleksitet af mange af de fænomener, der forekommer i solatmosfæren, tvinger os til samtidig at overveje dynamikken i delvist ioniseret gas, magnetfeltet og stråling-stof-interaktionen for at kunne forklare dem tilfredsstillende ".

Forskernes opdaterede model afslørede også noget om transport af solenergi. Det viser sig, at energien i denne pisklignende proces er høj nok til at generere Alfvén-bølger, en stærk slags bølge, forskere formoder, er nøglen til at opvarme solens atmosfære og drive solvinden, som konstant bader solsystemet med ladede partikler fra solen.

National Academy of Sciences tildelte prof. Mats Carlsson og prof. Viggo H. Hansteen, både udviklere af modellen og forfatterne af undersøgelsen, med Arctowski-medaljen 2017 som anerkendelse for deres bidrag til undersøgelsen af ​​solfysik og sol-jordforbindelsen. Juan Martínez-Sykora inkluderede de effekter, der frembringes ved tilstedeværelsen af ​​de neutrale partikler.