Die Oberfläche der Sonne tanzt. Die Wissenschaftler sind gezwungen, diesen Tanz aus der Ferne zu beobachten, und suchen mit allen ihnen zur Verfügung stehenden Werkzeugen nach Mustern und Verbindungen, um herauszufinden, was diese großen Explosionen verursacht. Die Kartierung dieser Muster könnte Wissenschaftlern helfen, den Beginn des Weltraumwetters vorherzusagen, das von der Sonne zur Erde platzt und die Kommunikation und die GPS-Signale (Global Positioning System) stört.
Die Analyse von 191 Sonneneruptionen seit Mai 2010 durch das Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA hat kürzlich ein neues Stück im Muster gezeigt: Etwa 15 Prozent der Fackeln weisen einige Minuten bis Stunden später eine deutliche „Spätphaseneruption“ auf, die es noch nie zuvor gegeben hat vollständig beobachtet. Diese späte Phase der Fackel pumpt viel mehr Energie in den Weltraum als bisher angenommen.
"Wir beginnen, alle möglichen neuen Dinge zu sehen", sagt Phil Chamberlin, stellvertretender Projektwissenschaftler für SDO am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md. "Eine halbe Stunde bis einige Stunden später sehen wir einen starken Anstieg der Emissionen." , das ist manchmal sogar größer als die ursprünglichen, traditionellen Phasen der Fackel. In einem Fall am 3. November 2010 würde die Messung nur der Auswirkungen der Hauptfackel bedeuten, die Menge an Energie, die in die Erdatmosphäre schießt, um 70 Prozent zu unterschätzen. “
Das gesamte Weltraumwettersystem, von der Sonnenoberfläche bis zu den Außenkanten des Sonnensystems, hängt davon ab, wie Energie von einem Ereignis zum anderen übertragen wird - die magnetische Wiederverbindung in der Nähe der Sonne überträgt sich auf Bewegungsenergie, die über den Weltraum fließt, auf Energie, die in der Erdatmosphäre abgelagert wird. zum Beispiel. Ein besseres Verständnis dieser Spätphasenfackel hilft Wissenschaftlern zu quantifizieren, wie viel Energie produziert wird, wenn die Sonne ausbricht.
Das Team fand Beweise für diese späten Phasen, als SDO im Mai 2010 mit der Datenerfassung begann und die Sonne beschloss, eine Show zu veranstalten. In dieser ersten Woche, inmitten einer ansonsten recht ruhigen Zeit für die Sonne, sprossen neun Fackeln unterschiedlicher Größe. Die Fackelgrößen sind in Kategorien mit den Namen A, B, C, M und X unterteilt, die seit langem durch die Intensität der Röntgenstrahlen definiert sind, die am Höhepunkt der Fackel emittiert werden, gemessen mit dem Satellitensystem GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite). GOES ist ein von der NOAA betriebenes Satellitennetz, das sich seit 1976 in einer geosynchronen Umlaufbahn in der Nähe der Erde befindet. Einer der GOES-Satelliten misst nur Röntgenemissionen und ist eine wichtige Informationsquelle über das Weltraumwetter, das uns die Sonne sendet.
Im Mai 2010 beobachtete SDO diese Fackeln jedoch mit seinem Multi-Wellenlängen-Sehen. Es wurden Daten aufgezeichnet, die darauf hinweisen, dass sich einige andere Wellenlängen des Lichts nicht synchron mit den Röntgenstrahlen verhalten, sondern zu anderen Zeiten ihren Höhepunkt erreicht haben.
„Seit Jahrzehnten besteht unser Standard für Fackeln darin, die Röntgenstrahlen zu beobachten und zu sehen, wann sie ihren Höhepunkt erreichen“, sagt Tom Woods, Weltraumwissenschaftler an der Universität von Colorado, Boulder, Colorado, der als Erstautor eines Papiers zu diesem Thema tätig ist das geht online 7. September im Astrophysical Journal. "Das ist unsere Definition für den Fall, dass eine Fackel ausgelöst wird. Aber wir haben Spitzen gesehen, die nicht den Röntgenstrahlen entsprachen. " Woods sagt, dass sie zuerst besorgt waren, dass die Daten eine Anomalie oder ein Fehler in den Instrumenten waren. Aber als sie die Daten mit anderen Instrumenten bestätigten und beobachteten, wie sich die Muster über viele Monate wiederholten, vertrauten sie dem, was sie sahen. "Und dann wurden wir aufgeregt", sagt er.
Im Laufe eines Jahres verwendete das Team das EVE-Instrument (für Extreme Ultraviolet Variability Experiment) auf SDO, um Daten von vielen weiteren Fackeln aufzuzeichnen. EVE nimmt keine herkömmlichen Bilder auf. Woods ist der Hauptforscher für das EVE-Instrument und erklärt, dass es das gesamte Licht der Sonne auf einmal sammelt und dann jede Lichtwellenlänge genau trennt und ihre Intensität misst. Dies erzeugt keine schönen Bilder wie andere Instrumente auf SDO, bietet jedoch Diagramme, die darstellen, wie jede Wellenlänge des Lichts stärker wird, Spitzenwerte aufweist und mit der Zeit abnimmt. EVE sammelt diese Daten alle 10 Sekunden, eine Rate, die garantiert brandneue Informationen darüber liefert, wie sich die Sonne ändert, da frühere Instrumente diese Informationen nur alle anderthalb Stunden gemessen haben oder nicht alle Wellenlängen gleichzeitig betrachtet haben - nicht annähernd genug Informationen um ein vollständiges Bild der Erwärmung und Abkühlung der Fackel zu erhalten.
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Die EVE-Spektren zeichneten extremes ultraviolettes Licht auf und zeigten vier Phasen in der durchschnittlichen Lebensdauer einer Fackel. Die ersten drei wurden beobachtet und sind gut etabliert. (Obwohl EVE in der Lage war, sie über einen weiten Bereich von Lichtwellenlängen besser als je zuvor zu messen und zu quantifizieren.) Die erste Phase ist die harte Röntgenimpulsphase, in der hochenergetische Partikel in der Sonnenatmosphäre in Richtung der Sonnenoberfläche nach einem explosiven Ereignis in der Atmosphäre, das als magnetische Wiederverbindung bekannt ist. Sie fallen einige Sekunden bis Minuten lang frei, bis sie auf die dichtere untere Atmosphäre treffen, und dann beginnt die zweite Phase, die allmähliche Phase. Im Laufe von Minuten bis Stunden wird das als Plasma bezeichnete Sonnenmaterial erwärmt und explodiert wieder, wobei es sich entlang riesiger Magnetschleifen bewegt und die Schleifen mit Plasma füllt. Dieser Prozess sendet so viel Licht und Strahlung aus, dass er mit Millionen von Wasserstoffbomben verglichen werden kann.
Die dritte Phase ist durch die Sonnenatmosphäre gekennzeichnet - die koronale Helligkeit - und wird daher als koronale Dimmphase bezeichnet. Dies wird oft mit einem sogenannten koronalen Massenauswurf in Verbindung gebracht, bei dem eine große Plasmawolke von der Sonnenoberfläche ausbricht.
Aber die vierte Phase, die von EVE entdeckte Spätphase, war neu. Ein bis fünf Stunden später sahen sie für einige der Fackeln einen zweiten Peak aus warmem koronalen Material, der keinem weiteren Röntgenstrahl entsprach.
„Viele Beobachtungen haben nur Sekunden bis Minuten nach der Hauptphase der Fackel einen erhöhten extremen ultravioletten Peak festgestellt, und dieses Verhalten wird als normaler Teil des Fackelprozesses angesehen. Diese späte Phase ist jedoch anders “, sagt Goddards Chamberlin, der auch Mitautor des Papiers ist. „Diese Emissionen treten wesentlich später auf. Und es passiert, nachdem die Hauptfackel diesen anfänglichen Höhepunkt aufweist. “
Um zu verstehen, was geschah, betrachtete das Team auch die Bilder, die von der Advanced Imaging Assembly (AIA) von SDO gesammelt wurden. Sie konnten den Ausbruch der Hauptphasenfackel in den Bildern sehen und bemerkten auch einen zweiten Satz von Koronalschleifen weit über der ursprünglichen Fackelstelle. Diese zusätzlichen Loops waren länger und wurden später heller als das ursprüngliche Set (oder die Post-Flare-Loops, die nur wenige Minuten später erschienen). Diese Schleifen wurden auch physisch von den früheren getrennt.
"Die Intensität, die wir in diesen Fackeln der späten Phase aufzeichnen, ist normalerweise schwächer als die Röntgenintensität", sagt Woods. "Aber die späte Phase dauert viel länger, manchmal mehrere Stunden. Sie verbraucht also genauso viel Gesamtenergie wie die Hauptfackel, die normalerweise nur einige Minuten dauert." Da diese zuvor nicht realisierte zusätzliche Energiequelle aus der Fackel für die Beeinflussung der Erdatmosphäre gleichermaßen wichtig ist, untersuchen Woods und seine Kollegen derzeit, wie die Fackeln der späten Phase das Weltraumwetter beeinflussen können.
Das Aufflackern in der späten Phase ist natürlich nur ein Teil des Puzzles, wenn wir versuchen, den Stern zu verstehen, mit dem wir leben. Wenn wir jedoch die Energie verfolgen, alle verschiedenen Wellenlängen des Lichts messen und alle Instrumente verwenden, die der NASA zur Verfügung stehen, können wir mit diesen Informationen alle Schritte des großen Tanzes der Sonne abbilden.
