EOVSA radiointensitetsspektrogram af soludbruddet den 10. september 2017, med frekvens (lodret skala) og tid (horisontal skala). Kredit:New Jersey Institute of Technologys udvidede Owens Valley Solar Array
Sidste september, et massivt nyt område af magnetfelt brød ud på Solens overflade ved siden af en eksisterende solplet. Den kraftige kollision af magnetiske felter frembragte en række kraftige soludbrud, forårsager turbulente rumvejrforhold på Jorden. Dette var de første flammer, der blev fanget, i deres øjeblik for øjeblik progression, af New Jersey Institute of Technologys (NJIT) for nylig udvidede Owens Valley Solar Array (EOVSA).
Med 13 antenner, der nu arbejder sammen, EOVSA var i stand til at lave billeder af blusset i flere radiofrekvenser samtidigt for første gang. Denne forbedrede evne til at kigge ind i flares mekanik tilbyder videnskabsmænd nye veje til at undersøge de kraftigste udbrud i vores solsystem.
"Disse septemberudbrud omfattede to af de stærkeste i den nuværende 11-årige solaktivitetscyklus, slyngede stråling og ladede partikler mod Jorden, der forstyrrede radiokommunikation, " sagde Dale Gary, anerkendt professor i fysik ved NJIT's Center for Solar-Terrestrial Research (CSTR) og EOVSA's direktør. Periodens sidste opblussen, den 10. september, var "det mest spændende, " han tilføjede.
"Solpletområdet passerede netop over soldelen - kanten af Solen, mens den roterer - og vi kunne se den sammenlignelige højde af blusset i mange forskellige bølgelængder, fra optisk, til ultraviolet, til røntgenstråler, til radio, " fortalte han. "Denne udsigt gav en vidunderlig chance for at fange strukturen af et stort soludbrud med alle dets ingredienser."
Radioemissioner genereres af energiske elektroner, der accelereres i koronaen, solens varme øvre atmosfære. Moderne solfysik er afhængig af observationer ved mange bølgelængder; radiobilleddannelse supplerer disse ved direkte at observere partikelaccelerationen, der driver hele processen. Ved at måle radiospektret forskellige steder i solatmosfæren, især når det er i stand til at gøre det hurtigt nok til at følge ændringer under soludbrud, det bliver en stærk diagnostik af det hurtigt skiftende solmiljø under disse udbrud.
EOVSA, som er finansieret af National Science Foundation, er det første radiobilleddannelsesinstrument, der kan lave spektrale billeder hurtigt nok - på et sekund - til at følge de hurtige ændringer, der sker i soludbrud. Denne egenskab gør det muligt at måle radiospektret dynamisk i hele afbrændingsområdet, at lokalisere partikelaccelerationens placering og kortlægge, hvor disse partikler bevæger sig. Billeder af soludbrud ved de fleste andre bølgelængder viser kun konsekvenserne af opvarmning af de accelererede partikler, hvorimod radioemission direkte kan vise partiklerne selv.
"Et af solforskningens store mysterier er at forstå, hvordan Solen producerer ekstremt højenergipartikler på så kort tid, " bemærkede Gary. "Men for at besvare det spørgsmål, vi skal have kvantitativ diagnostik af både partiklerne og miljøet, især det magnetiske felt, der er kernen i energifrigivelsen. EOVSA gør det muligt ved radiobølgelængder for første gang."
Gary præsenterede EOVSA's nye resultater i denne uge ved Triennial Earth-Sun Summit (TESS) møde, som samler solfysikafdelingen af American Astronomical Society (AAS) og solfysik- og aeronomiesektionen i American Geophysical Union (AGU).
"EOVSAs nye resultater har vakt stor interesse ved TESS-mødet, sagde Bin Chen, adjunkt i fysik ved CSTR, som leder en session med fokus på den intense solaktivitet, der fandt sted i september sidste år. "En række eksperter på mødet kommenterede, at disse resultater ville tilføje fundamentalt ny indsigt i forståelsen af energifrigivelse og partikelacceleration i soludbrud."
Blandt andre opdagelser, forskere ved EOVSA har erfaret, at radioemissioner i en flare er spredt over et meget større område end tidligere kendt, hvilket indikerer, at højenergipartikler hurtigt transporteres i stort antal gennem den eksplosive magnetfelt "boble" kaldet en koronal masseudstødning (CME).
"Dette er vigtigt, fordi CME'er driver chokbølger, der yderligere accelererer partikler, der er farlige for rumfartøjer, astronauter og endda folk i fly, der flyver polarruter. Til dato, det forbliver et mysterium, hvordan disse chokbølger alene accelererer partikler, fordi fysikken ikke er forstået, " sagde han. "En af teorierne er, at 'frø'-partikler skal være til stede i chokregionen, som kan generere de nødvendige bølger til yderligere acceleration. Det har længe været spekuleret i, at blusser, som er kendt for at accelerere partikler, kan give dem. Tidligere observationer, hovedsageligt med røntgenstråler, viser altid de partikler, der er begrænset til meget lave højder, og det er ikke blevet forstået, hvordan sådanne partikler kunne komme til stødet. Radiobillederne viser bevis for partikler i et meget større område, give dem flere muligheder for at få adgang til chokregionen."
Solpletter er den primære generator af soludbrud, det pludselige, kraftige eksplosioner af elektromagnetisk stråling og ladede partikler, der bryder ud i rummet under eksplosioner på Solens overflade. Deres drejebevægelse får energi til at opbygge, som frigives i form af blus.
EOVSA blev designet til at lave højopløselige radiobilleder af flares (1-sekunds kadence), solpletområder (20 minutters kadence), den fulde sol (nogle få om dagen) og hundredvis af frekvenser over et bredt frekvensbånd, hvilket gør det til det første solinstrument, der er i stand til at måle radiospektret fra punkt til punkt i det flarede område.
"Vi arbejder hen imod en kalibrerings- og billeddannelsespipeline til automatisk at generere mikrobølgebilleder observeret af EOVSA, og gøre dem tilgængelige for samfundet på daglig basis, " tilføjede Chen, der leder EOVSA pipeline-indsatsen.
"Den hidtil mest uventede afsløring fra EOVSA er, hvad vi ser ved de laveste radiofrekvenser, " bemærkede Gary. "Observationer af flares baseret på høje radiofrekvenser og baseret på røntgenobservationer viser en flare, der er en relativt lille, kompakt region, selvom vi ser beviser for opvarmning over et meget større område. Selvom vi havde sjældne observationer fra fortiden, der så ud til at vise store radiokilder, EOVSA har nu gjort det til rutine at afbilde store radiokilder, der er endnu større ved lavere frekvenser."
I første omgang, han og hans kolleger var ude af stand til at udnytte disse nye regioner, imidlertid. Efter at arrayet var færdigt, de indså, at mobiltelefontårne i Owens Valley forårsagede meget højere niveauer af radiofrekvensinterferens end forventet. Som resultat, de designede "notch"-filtre, der var i stand til at skære de frekvenser ud, der var mest påvirket af celletårne.
"Dette er vigtigt, fordi der forekommer en masse interessante solradio-udbrud i celletårnsområdet (1,9-2,2 GHz). Det er de lavere frekvenser, der bedst viser dette nye og ikke velforståede fænomen med store kilder, " sagde Gary. "På en eller anden måde, de accelererede partikler bliver transporteret til et meget større volumen af koronaen, end vi troede."
Med ny finansiering fra NASA, Gary og kolleger vil måle det rumligt opløste radiospektrum af soludbrud, bestemme partikel- og plasmaparametrene som funktion af position og tid, og derefter bruge 3-dimensionel modellering, som hans gruppe har udviklet, fuldt ud at forstå den indledende acceleration og efterfølgende transport af højenergipartikler.
Solen gennemgår 11-årige aktivitetscyklusser, og det sidste år kan have givet de sidste opblussen, vi vil se i de næste fire eller fem år, " sagde Gary. "I de næste par år, vi vil fokusere vores indsats på at forbedre de aktive solpletområder og billeder på fuld disk med arrayet. Denne billeddannelse i en større rumlig skala er mere udfordrende, men kunne være lige så vigtigt, da træk i større skala styrer Solens indflydelse på Jordens atmosfære og solvinden."
Sidste artikelForskere skrumper kemi-laboratoriet for at søge beviser for liv på Mars
Næste artikelInSight styrer mod Mars