20 juni 2024

Het coronale hitteprobleem van de zon lijkt opgelost te zijn

Visuele impressie van de Parker Solar Probe die de corona van de zon binnenvliegt. Credit NASA / John Hopkins APL / Ben Smith.

Normaal zien we dat de temperatuur afneemt als we verder van een bepaalde warmtebron komen, bijvoorbeeld als we afstand nemen van een kachel. Maar bij de zon is dat niet het geval. De zon z’n fotosfeer, dat het is voor ons zichtbare oppervlak 5.800K warm. Maar kom je een paar honderd kilometer hoger dan is de temperatuur van het gas gestegen tot meer dan een miljoen K, dan zitten we in de corona van de zon, zo wordt zijn atmosfeer genoemd. Door die zeer hoge temperatuur kan het gas ontsnappen aan de sterke zwaartekracht van de zon en kan het als de zonnewind de ruimte in vliegen. Het is al lang bekend dat die abrupte temperatuursstijging te maken heeft met de magnetische velden, die aan het oppervlak van de zon tevoorschijn komen, maar hóe dat precies verliep was niet bekend – zie daar in een notendop het coronale hitteprobleem. Eigenlijk waren er twee mogelijke verklaringen, maar die hadden beiden hun beperkingen. De ene verklaring zegt dat de verhitting te maken heeft met turbulentie in de atmosfeer van de zon. Maar dan heb je het probleem dat het niet verklaart waarom waterstof, helium en zuurstof in de corona zo heet kunnen worden, terwijl elektronen er verhoudingsgewijs koud blijven. De andere verklaring zegt dat een bepaald soort magnetische golven, de zogeheten ionencyclotrongolven, de verhitting veroorzaken. Maar die verklaring heeft weer het probleem dat er te weinig van die golven lijken te worden gegenereerd om de verhitting te verklaren. Kortom, twee verklaringen met beiden tekortkomingen. Nou je voelt de oplossing al aankomen: als je beide verklaringen samenvoegt lijkt het coronale hitteprobleem opgelost te zijn, zonder tekortkomingen.

Een team van sterrenkundigen van de Universiteiten van Princeton, Otago en Oxford onder leiding van Romain Meyrand heeft een zesdimensionale (!) simulatie gemaakt van het gas in de corona van de zon en daar komt uit naar voren dat de twee genoemde verklaringen onderdeel lijken te zijn van één en hetzelfde proces wat daar gaande is en wat te maken heeft met een bizar effect dat de ‘heliciteitsbarrière’ wordt genoemd [1]Met als hamvraag uiteraard: wat is dan precies zo’n heliciteitsbarrière? Ik heb het opgezocht, maar ben er niet echt wijzer van geworden. In de vakliteratuur wordt het omschreven als: … Lees verder. In een eerder onderzoek, dat toen ook onder leiding stond van Meyrand, werd dat effect ontdekt.

Als we ons de verhitting van het plasma in de corona voorstellen als water dat van een heuvel stroomt, met elektronen die helemaal onderaan de heuvel worden verwarmd, dan werkt zo’n heliciteitsbarrière als een dam, die de stroom stopt en zijn energie omleidt in ionencyclotrongolven. Op deze manier verbindt de heliciteitsbarrière de twee verklaringen en lost elk van hun individuele problemen op. De strerenkundigen hebben simulaties gemaakt van bewegende magnetische veldlijnen en ze ontdekten dat de turbulentie de golven veroorzaakte, die vervolgens de verhitting veroorzaakten. Je krijgt dan structuren en wervelingen die extreem veel lijken op hetgeen NASA’s Parker Solar Probe, dat onlangs als eerste door mensen gemaakte object door de corona vloog, in die corona zag. Hier het vakartikel over het onderzoek aan het coronale hitteprobleem, verschenen in Nature. Bron: Science Daily.

 

Voetnoten

Voetnoten
1 Met als hamvraag uiteraard: wat is dan precies zo’n heliciteitsbarrière? Ik heb het opgezocht, maar ben er niet echt wijzer van geworden. In de vakliteratuur wordt het omschreven als: “Solar-wind turbulence is imbalanced (possessing cross helicity), meaning that it is energetically dominated by Alfvénic structures that propagate outward from the Sun.”
Share

Comments

  1. Goede hamvraag Arie, men introduceert een nog niet gedefinieerd fenomeen en het probleem is opgelost 😀 .

Speak Your Mind

*