NASA-lydende raketinstrument opdager signaturer af længe søgte små soludbrud

Som de fleste solar-lydende raketter, den anden flyvning af FOXSI-instrumentet - en forkortelse for Focusing Optics X-ray Solar Imager - varede 15 minutter, med kun seks minutters dataindsamling. Men på den korte tid, det banebrydende instrument fandt de bedste beviser til dato på et fænomen, videnskabsmænd har søgt i årevis:signaturer af små soludbrud, der kunne hjælpe med at forklare den mystiske ekstreme opvarmning af Solens ydre atmosfære.

FOXSI opdagede en type lys kaldet hårde røntgenstråler - hvis bølgelængder er meget kortere end det lys, mennesker kan se - som er en signatur af ekstremt varmt solmateriale, omkring 18 millioner grader Fahrenheit. Disse typer temperaturer produceres generelt i soludbrud, kraftige energiudbrud. Men i dette tilfælde, der var ingen observerbar soludbrud, hvilket betyder, at det varme materiale højst sandsynligt blev produceret af en række soludbrud så små, at de var uopdagelige fra Jorden:nanoflammer. Resultaterne blev offentliggjort 9. okt. 2017, i Natur astronomi .

"Nøglen til dette resultat er følsomheden i hårde røntgenmålinger, " sagde Shin-nosuke Ishikawa, en solfysiker ved Japan Aerospace Exploration Agency, eller JAXA, og hovedforfatter på undersøgelsen. "Tidligere hårde røntgeninstrumenter kunne ikke registrere stille aktive områder, og kombinationen af ​​nye teknologier gør det muligt for os at undersøge stille aktive områder med hårde røntgenstråler for første gang."

Disse observationer er et skridt i retning af at forstå problemet med koronal opvarmning, det er sådan, forskerne omtaler de ekstraordinært - og uventet - høje temperaturer i Solens ydre atmosfære, coronaen. Koronaen er hundreder til tusindvis af gange varmere end Solens synlige overflade, fotosfæren. Fordi Solen producerer varme i sin kerne, dette er i modstrid med, hvad man oprindeligt ville forvente:normalt det lag, der er tættest på en varmekilde, solens overflade, I dette tilfælde, ville have en højere temperatur end den fjernere atmosfære.

"Hvis du har et komfur og du tager hånden længere væk, du forventer ikke at føle dig varmere, end da du var tæt på, " sagde Lindsay Glesener, projektleder for FOXSI-2 ved University of Minnesota og en forfatter på undersøgelsen.

Årsagen til disse kontraintuitivt høje temperaturer er et udestående spørgsmål inden for solfysik. En mulig løsning på problemet med koronal opvarmning er det konstante udbrud af små soludbrud i solatmosfæren, så små, at de ikke kan opdages direkte. I alt, disse nanoflares kunne producere nok varme til at hæve temperaturen af ​​koronaen til de millioner af grader, som vi observerer.

En af konsekvenserne af nanoflammer ville være lommer af overophedet plasma. Plasma ved disse temperaturer udsender lys i hårde røntgenstråler, som er notorisk svære at opdage. For eksempel, NASAs RHESSI-satellit - forkortelse for Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager - opsendt i 2002, bruger en indirekte teknik til at måle hårde røntgenstråler, begrænser, hvor præcist vi kan udpege placeringen af ​​overophedet plasma. Men med den banebrydende optik, der er tilgængelig nu, FOXSI var i stand til at bruge en teknik kaldet direkte fokusering, der kan holde styr på, hvor de hårde røntgenstråler stammer fra Solen.

"Det er virkelig en fuldstændig transformativ måde at foretage denne type måling på, " sagde Glesener. "Selv bare på et klingende raketeksperiment og kiggede på Solen i omkring seks minutter, vi havde meget bedre følsomhed end et rumfartøj med indirekte billeddannelse."

FOXSIs målinger - sammen med yderligere røntgendata fra JAXA og NASA Hinode solobservatoriet - gør det muligt for holdet at sige med sikkerhed, at de hårde røntgenstråler kom fra et specifikt område på Solen, der ikke havde nogen detekterbare større soludbrud, efterlader nanoflammer som den eneste sandsynlige anstifter.

"Dette er et bevis på eksistensen for den slags begivenheder, " sagde Steve Christe, projektforsker for FOXSI ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og en forfatter om undersøgelsen. "Der er dybest set ingen anden måde at producere disse røntgenstråler på, undtagen ved plasma ved omkring 10 millioner grader Celsius [18 millioner grader Fahrenheit]. Dette peger på, at disse små energifrigivelser sker hele tiden, og hvis de findes, de burde bidrage til koronal opvarmning."

Der er stadig spørgsmål, der skal besvares, som:Hvor meget varme frigiver nanoflares egentlig til koronaen?

"Denne særlige observation fortæller os ikke præcis, hvor meget den bidrager til koronal opvarmning, " sagde Christe. "For fuldt ud at løse problemet med koronal opvarmning, de ville være nødt til at ske overalt, selv uden for regionen observeret her."

I håb om at opbygge et mere komplet billede af nanoflares og deres bidrag til koronal opvarmning, Glesener leder et team til at lancere en tredje iteration af FOXSI-instrumentet på en klingende raket i sommeren 2018. Denne version af FOXSI vil bruge ny hardware til at eliminere meget af den baggrundsstøj, som instrumentet ser, giver mulighed for endnu mere præcise målinger.

Et hold ledet af Christe blev også udvalgt til at gennemføre en konceptundersøgelse, der udviklede FOXSI-instrumentet til en mulig rumflyvning som en del af NASA Small Explorers-programmet.