Skip to content
Home » Ruimtevaartuig boekt vooruitgang met mysterie op zonne-energie

Ruimtevaartuig boekt vooruitgang met mysterie op zonne-energie

    Ruimtevaartuig boekt vooruitgang met mysterie op zonne-energie

    ? natuurkunde 15, 157

    Gegevens van de Parker Solar Probe bevestigen een langvermoede warmtebron voor de verrassend hete corona van de zon, maar er kunnen andere zijn.

    NASA/GSFC/SDO

    brandende vragen Plasma van een miljoen graden koelt af en valt naar de oppervlakte, wat resulteert in een fenomeen dat bekend staat als coronale regen. Experts weten niet zeker waarom de zonnecorona en de zonnewind honderden keren heter zijn dan het oppervlak van de zon, maar ze hebben verschillende theorieën. Onderzoekers hebben nu een vermoedelijke bron van verwarming bevestigd.brandende vragen Plasma van een miljoen graden koelt af en valt naar de oppervlakte, wat resulteert in een fenomeen dat bekend staat als coronale regen. Experts weten niet zeker waarom de zonnecorona en de zonnewind honderden keren heter zijn dan het oppervlak van de zon, maar ze … laat meer zien

    De oppervlaktetemperatuur van de zon is ongeveer zesduizend graden kelvin, maar de zonneatmosfeer – de corona en de zonnewind – kan een miljoen graden kelvin bereiken, een al lang bestaand mysterie in de zonnefysica. Nu, met gegevens van de Parker Solar Probe, hebben onderzoekers bewijs gevonden dat een gedeeltelijke verklaring voor dit mysterie ondersteunt: magnetische golven aangedreven door ondergrondse turbulentie kunnen energie geven aan ionen in deze regio’s [1].

    Over het exacte mechanisme van verwarming wordt al tientallen jaren gedebatteerd, maar het verhaal lijkt te beginnen met turbulente stroming in de convectiezone van de zon, de buitenste laag onder het oppervlak. In de vloeistofdynamica veroorzaakt turbulentie verwarming door een proces dat bekend staat als turbulente energiecascade, waarbij grote wervels worden omgezet in steeds kleinere wervels. De energie in de kleinste draaikolken wordt door botsingen tussen moleculen omgezet in warmte.

    Zonnefysici denken dat een soortgelijke turbulente cascade plaatsvindt in de zon. Door warmte veroorzaakte turbulentie onder het oppervlak verstoort de magnetische veldlijnen van de zon die zich uitstrekken tot in de corona, waardoor golven zich voortplanten als de trillingen van een getokkelde gitaarsnaar. wind, die verstoorde golven genereert met steeds kortere golflengten. Maar het plasma van geladen deeltjes dat de zonnecorona vormt, is niet dicht genoeg voor botsingen tussen deeltjes om voldoende warmte te genereren om de coronale temperatuur te verklaren. In plaats daarvan moet er iets exotischer gebeuren.

    Een idee, cyclotron-resonantieverwarming genoemd, is dat de turbulente cascade golven genereert die kort genoeg zijn om in resonantie te zijn met de beweging van ionen in de corona. Door deze resonantie kunnen deze golven energie in de cyclotronbeweging van de ionen pompen – spiraalvormige banen die spiraalsgewijs rond magnetische veldlijnen draaien. Deze energieboost verwarmt de corona en de zonnewind, die bestaat uit deeltjes die magnetische veldlijnen volgen die zich vanaf de corona naar buiten uitstrekken. Er zijn verschillende andere voorgestelde verwarmingsmechanismen en het is waarschijnlijk dat er meer dan één van kracht is.

    NASA

    Mysteries onderzoeken. De missie van de Parker Solar Probe is om de stroom van zonne-energie in de corona en de zonnewind te onderzoeken.

    Enkele belangrijke waarnemingen uit het verleden ondersteunen het cyclotron-resonante verwarmingsmodel. Een groot deel van de verwarming lijkt bijvoorbeeld de ionenbeweging loodrecht op de magnetische veldlijnen te beïnvloeden, dus de cyclotronbeweging van ionen zou een natuurlijke verklaring zijn. Hoewel deze eerdere waarnemingen verleidelijke aanwijzingen gaven in het voordeel van cyclotron-resonantieverwarming, is er geen direct bewijs. NASA’s Parker Solar Probe (PSP) vloog onlangs dichter bij het oppervlak van de zon dan enig ander ruimtevaartuig, en zijn missie was om gegevens te verstrekken over de mechanismen die de corona en de zonnewind verwarmen (zie de grafische uitleg, Special Feature: To Touch the Sun , en Gezichtspunt: Momentous Crossing of a Solar Boundary). Trevor Bowen van de University of California, Berkeley, en zijn collega’s hebben nu PSP-gegevens geanalyseerd en direct bewijs gevonden van resonantieverwarming door cyclotrons.

    Het team keek naar de verdeling van snelheden van protonen in een zonnewindstroom (een smalle straal die een klein deel van de zonnewind vormt). Ze bestudeerden ook de elektrische en magnetische velden van de golven die resonant de beweging in de protonen opwekken. Uit deze metingen konden ze afleiden met welke snelheid de golven zonnewindprotonen opwarmen. Ze ontdekten dat de verwarmingssnelheid consistent was met een eigenschap gemeten door eerdere sondes: de mate waarin turbulente energie op grotere lengteschalen naar kleinere schalen cascadeert. Terwijl eerdere waarnemingen indirect het cyclotron-resonante verwarmingsmodel ondersteunden, heeft de PSP nu de eerste directe meting van de verwarming geleverd, wat bevestigt dat cyclotrongolven inderdaad verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijk deel van de verwarming in de corona en de zonnewind.

    “Mensen hebben hier zo lang over nagedacht als een mogelijk verwarmingsmechanisme dat een daadwerkelijke demonstratie dat het in de zonnewind voorkomt, belangrijk is”, zegt Marco Velli, een plasmafysicus aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. “Maar het is een heel moeilijke meting om te maken”, zegt hij. “Het is nog steeds niet duidelijk of dit het primaire mechanisme is waarmee deze ionen worden verwarmd of niet.”

    Bowen is het ermee eens dat cyclotron-resonantieverwarming waarschijnlijk slechts een stukje van de puzzel is. Hij merkt op dat de analyse zich concentreerde op één stroom van de zonnewind met een specifieke set parameters, en cyclotronresonantie zou een andere rol kunnen spelen bij verwarming op andere locaties in de corona en de zonnewind. ‘We zijn nog steeds aan het krabben aan de oppervlakte van de Parker-gegevens. Het is belangrijk om te beginnen, maar er komt zeker meer uit”, zegt Velli.

    —Katie McCormick

    Katie McCormick is een freelance wetenschapsschrijver gevestigd in Seattle, Washington.

    Referenties

    1. TA Bowen et al.ter plaatse handtekening van cyclotron resonante verwarming in de zonnewind,” natuurkunde ds. Lett. 129165101 (2022).

    vakgebieden

    Astrofysica Plasmafysica

    gerelateerde artikelen

    Controle over fusiereactorinstabiliteiten
    Mini-interferometers bieden een indrukwekkende gevoeligheid
    Wel of niet boventonen horen bij fusies van zwarte gaten

    Meer artikelen