Koronale Schleifen, die eleganten und hellen Strukturen, die sich durch die Sonnenoberfläche in die Sonnenatmosphäre ziehen, sind der Schlüssel zum Verständnis, warum die Korona so heiß ist. Ja, es ist die Sonne und ja, es ist heiß, aber die Atmosphäre ist es zu heiß. Das Rätsel, warum die Sonnenkorona heißer ist als die Photosphäre der Sonne, hat die Sonnenphysiker seit Mitte des 20. Jahrhunderts beschäftigt, aber mit Hilfe moderner Observatorien und fortschrittlicher theoretischer Modelle haben wir jetzt eine ziemlich gute Vorstellung davon, was dies verursacht. Ist das Problem also gelöst? Nicht ganz…
Warum interessieren sich Sonnenphysiker überhaupt so für die Sonnenkorona? Um dies zu beantworten, werde ich einen Auszug aus meinem ersten Artikel im Space Magazine herausholen:
…Messungen von koronalen Partikeln zeigen, dass die Atmosphäre der Sonne tatsächlich heißer ist als die Oberfläche der Sonne. Traditionelles Denken würde darauf hinweisen, dass dies falsch ist; Alle möglichen physikalischen Gesetze würden verletzt. Die Luft um eine Glühbirne ist nicht heißer als die Glühbirne selbst. Die Wärme eines Objekts nimmt ab, je weiter Sie die Temperatur messen (offensichtlich). Wenn dir kalt ist, bewegst du dich nicht vom Feuer weg, du kommst näher! - aus "Hinode entdeckt Suns verstecktes Funkeln", Space Magazine, 21. Dezember 2007
Dies ist nicht nur eine akademische Neugier. Das Weltraumwetter stammt aus der unteren Sonnenkorona; Das Verständnis der Mechanismen hinter der koronalen Erwärmung hat weitreichende Auswirkungen auf die Vorhersage energetischer (und schädlicher) Sonneneruptionen und die Vorhersage interplanetarer Bedingungen.
Das Problem der koronalen Erwärmung ist also ein interessantes Thema, und Solarphysiker sind der Antwort auf die Frage, warum die Korona so heiß ist, auf der Spur. Magnetische Koronarschleifen spielen bei diesem Phänomen eine zentrale Rolle. Sie befinden sich an der Basis der Sonnenatmosphäre und erfahren eine schnelle Erwärmung mit einem Temperaturgradienten von Zehntausenden Kelvin (in der Chromosphäre) bis zu Zehntausenden von Kelvin (in der Korona) über eine sehr kurze Distanz. Der Temperaturgradient wirkt über einen dünnen Übergangsbereich (TR), der in seiner Dicke variiert, aber stellenweise nur einige hundert Kilometer dick sein kann.
Diese hellen Schleifen aus heißem Sonnenplasma mögen leicht zu erkennen sein, aber es gibt viele Diskrepanzen zwischen der Beobachtung der Korona und der Koronaltheorie. Die Mechanismen, die für die Erwärmung der Schleifen verantwortlich sind, haben sich als schwer zu bestimmen erwiesen, insbesondere wenn versucht wird, die Dynamik von koronalen Schleifen mit „Zwischentemperatur“ (a.k.a. „warm“) mit auf etwa eine Million Kelvin erhitztem Plasma zu verstehen. Wir nähern uns der Lösung dieses Rätsels, das die Vorhersage des Weltraumwetters von der Sonne zur Erde erleichtert, aber wir müssen herausfinden, warum die Theorie nicht mit der übereinstimmt, die wir sehen.
Solarphysiker sind seit einiger Zeit über dieses Thema gespalten. Wird das Plasma der Koronalschleife durch intermittierende magnetische Wiederverbindungsereignisse über die gesamte Länge einer Koronalschleife erwärmt? Oder werden sie durch eine andere stetige Erwärmung sehr niedrig in der Korona erwärmt? Oder ist es ein bisschen von beidem?
Ich habe tatsächlich vier Jahre lang mit diesem Thema gerungen, während ich mit der Solar Group an der Universität von Wales, Aberystwyth, zusammengearbeitet habe, aber ich war auf der Seite der „stetigen Erwärmung“. Bei der Betrachtung der Mechanismen, die hinter einer stetigen koronalen Erwärmung stehen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Mein spezielles Untersuchungsgebiet war die Alfvén-Wellenproduktion und Wellen-Teilchen-Wechselwirkungen (schamlose Eigenwerbung… meine These von 2006: Durch Turbulenzen erhitzte ruhende Koronalschleifen, nur für den Fall, dass Sie ein freies, langweiliges Wochenende vor sich haben).
James Klimchuk vom Solarphysiklabor des Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., Ist anderer Meinung und befürwortet den impulsiven Nanoflare-Heizmechanismus, ist sich jedoch sehr bewusst, dass andere Faktoren ins Spiel kommen können:
“In den letzten Jahren wurde deutlich, dass die koronale Erwärmung ein hochdynamischer Prozess ist, aber Inkonsistenzen zwischen Beobachtungen und theoretischen Modellen waren eine Hauptursache für Sodbrennen. Wir haben nun zwei mögliche Lösungen für dieses Dilemma gefunden: Energie wird impulsiv mit der richtigen Mischung aus Teilchenbeschleunigung und direkter Erwärmung freigesetzt, oder Energie wird allmählich sehr nahe an der Sonnenoberfläche freigesetzt.”- James Klimchuk
Es wird vorausgesagt, dass Nanoflares warme Koronarschleifen bei ihren ziemlich konstanten 1 Million Kelvin halten. Wir wissen, dass die Schleifen diese Temperatur haben, da sie Strahlung in den extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängen emittieren, und eine Vielzahl von Observatorien wurden mit Instrumenten gebaut oder in den Weltraum geschickt, die für diese Wellenlänge empfindlich sind. Weltraumgestützte Instrumente wie das EUV Imaging Telescope (EIT) an Bord der NASA / ESA Solar- und Heliosphärenobservatorium), NASAs Übergangsregion und Coronal Explorer (SPUR) und die kürzlich operativen Japaner Hinode Mission haben alle ihre Erfolge gehabt, aber viele Durchbrüche der koronalen Schleife ereigneten sich nach dem Start von SPUR Bereits 1998. Nanoflares sind sehr schwer direkt zu beobachten, da sie auf so kleinen räumlichen Skalen auftreten, dass sie mit der aktuellen Instrumentierung nicht aufgelöst werden können. Wir stehen uns jedoch nahe und es gibt eine Spur von koronalen Beweisen, die auf diese energetischen Ereignisse hinweisen.
“Nanoflares können ihre Energie auf verschiedene Weise freisetzen, einschließlich der Beschleunigung von Partikeln, und wir verstehen jetzt, dass die richtige Mischung aus Partikelbeschleunigung und direkter Erwärmung eine Möglichkeit ist, die Beobachtungen zu erklären.”- Klimchuk.
Langsam aber sicher kommen theoretische Modelle und Beobachtungen zusammen, und es scheint, dass Sonnenphysiker nach 60 Jahren des Versuchs nahe daran sind, die Heizmechanismen hinter der Korona zu verstehen. Wenn man sich ansieht, wie sich Nanoflares und andere Heizmechanismen gegenseitig beeinflussen können, ist es sehr wahrscheinlich, dass mehr als ein koronaler Heizmechanismus im Spiel ist…
Beiseite: Aus Interesse treten Nanoflares in jeder Höhe entlang der Koronalschleife auf. Obwohl sie genannt werden können NanoflaresNach irdischen Maßstäben handelt es sich um riesige Explosionen. Nanoflares setzen eine Energie von 10 frei24-1026 erg (das ist 1017-1019 Joules). Dies entspricht ungefähr 1.600 bis 160.000 Hiroshima-Atombomben (mit einer Explosionsenergie von 15 Kilotonnen), also gibt es nichts Nano über diese koronalen Explosionen! Beim Vergleich mit den Standard-Röntgenfackeln erzeugt die Sonne jedoch von Zeit zu Zeit eine Gesamtenergie von 6 × 1025 Joules (über 100 Milliarden Atombomben) kann man sehen wie NanoFackeln haben ihren Namen ...
Ursprüngliche Quelle: NASA
