Temperatura powierzchni (fotosfery) Słońca wynosi około 5500 stopni kelwina. To w przeliczeniu na “nasze” 5226°C. Zaskakująco chłodno, prawda? A powinno być przeraźliwie upalnie! Prawdziwe zaskoczenie przychodzi, gdy sprawdzimy temperaturę bardziej oddalonej od środka korony słonecznej – aż 2 000 000 stopni kelwina! Skąd aż taka różnica? Dobre pytanie.
Aby dany obiekt emitował promieniowanie i wydzielał ciepło, musi być spełniony prosty warunek: otoczenie tego obiektu musi mieć niższą temperaturę. Wtedy też energia wędruje i przechodzi na inne obiekty. No tak, tylko że to nie korona słoneczna grzeje słońce, ale odwrotnie. Czy jesteśmy w stanie wyjaśnić, w jaki sposób energia z chłodnej powierzchni Słońca wędruję do hipergorącej korony?
Jeżeli nie ciepło, to co?
Jest jasne, że ciepło nie wędruje od powierzchni do korony. Byłoby to złamanie drugiej zasady termodynamiki, którą w słowa ładnie ubrał Clausius:
Nie istnieje proces termodynamiczny, którego jedynym wynikiem byłoby pobranie ciepła ze zbiornika o temperaturze niższej i przekazanie go do zbiornika o temperaturze wyższej.
Skoro ciepło nie wędruje do korony, dlaczego jest ona taka gorącą? Energia musi przedostawać się do niej w procesie innym niż cieplny.Ten tajemniczy proces zachodzi w obszarze przejściowym pomiędzy koroną a fotosferą. Jest on stosunkowo cienki (w odniesieniu do Słońca) i mierzy jedynie kilkaset kilometrów wysokości.
Zaproponowano kilka teorii wyjaśniających to zjawisko. Za każdym razem ogłaszano, że zagadka została ostatecznie rozwiązana (co było bezmyślnie powtarzane przez wiele serwisów i czasopism). Z pobojowiska ostały się dwie teorie, które są dobrymi kandydatkami na rzeczywiste rozwiązanie tej zagadki.
Falami w koronę
W 1949 r. Evry Schatzman zasugerował istnienie fal pochodzących z wnętrza Słońca, wydostających się na powierzchnię i uderzających w koronę. Fale te mają przypominać fale dźwiękowe i ma być ich kilka rodzajów. Najważniejsze to fale magnetoakustyczne oraz fale Alfvena.
Pierwszy z wymienionych typów fal to fale akustyczne zmienione nieco przez pole magnetyczne. Fale Alfvena to fale radiowe zmienione przez obecność materii w plazmie. Oba typy fal doskonale nadają się do przenoszenia energii w kierunku korony. Są jednak pewne problemy z tą teorią.
Mariusz Kamiński
* * *
Fale magnetoakustyczne pędzące z ogromną prędkością, zaobserwowane w zewnętrznej atmosferze Słońca mogą pomóc w wyjaśnieniu zagadki gorącej korony słonecznej - informuje najnowszy "Astrophysical Journal Letters".
Jedną z największych zagadek naszego Słońca jest temperatura jego korony, która sięga kilku milionów stopni Celsjusza. Do teraz nie mamy dobrego modelu tłumaczącego to zjawisko. Najnowsze obserwacje wykonane przez sondę NASA o nazwie Solar Dynamics Observatory (SDO) mogą pomóc wyjaśnić tę zagadkę.
Naukowcy konstruowali różne modele zewnętrznych warstw naszej dziennej gwiazdy i sugerowali, że koronę mogą podgrzewać fale poruszające się z ogromnymi prędkościami. Problem w tym, że jak dotychczas fale te widziano tylko w symulacjach komputerowych, a nie w realnym świecie.
Sytuacja zmieniła się, gdy na scenie pojawił się SDO z instrumentem Atmospheric Imaging Assembly (AIA), który jest w stanie obserwować całą tarczę Słońca w siedmiu długościach fali rozciągających się od zakresu optycznego do ultrafioletu i wykonywać jej zdjęcia z dużą rozdzielczością czasową.
Grupa astronomów kierowana przez Wei Liu ze Stanford University, w czasopiśmie "Astrophysical Journal Letters", opublikowała właśnie wyniki takich obserwacji. Okazuje się, że gdy na Słońcu obserwuje się wybuch, jego energia przenosi się częściowo do otaczającej go plazmy i propaguje się w postaci fal magnetoakustycznych, które są mieszaniną fal dźwiękowych i magnetycznych fal Alfvena. Fale te osiągają ogromne prędkości rzędu 1000-2000 kilometrów na sekundę. Tak ogromna energia może być przekazywana koronie i być odpowiedzialna za jej grzanie do dużych temperatur.
To jednak nie koniec problemu, bo obserwowane fale są związane z wybuchami, które pojawiają się sporadycznie. Korona jest grzana przez cały czas, musi więc istnieć jeszcze inny mechanizm, którego natury jeszcze nie znamy.(PAP)
* * *
Powierzchnia Słońca wydaje się w miarę chłodnym miejscem, jeśli porównać ją z koroną, która stanowi najbardziej zewnętrzną część atmosfery słonecznej. Jak pokazują najnowsze badania amerykańskich naukowców, temperatura korony jest aż 400 razy wyższa niż temperatura Słońca.
Naukowcom z Uniwersytetu w Michigan udało się właśnie odkryć nową cechę pola magnetycznego, która pomoże im wyjaśnić, dlaczego różnica temperatur między Słońcem a jego koroną jest tak duża. Pole magnetyczne składa się z warstw - tzw. pętli, które rozciągają się od Słońca do samej jego korony. Cytowany przez portal NewScientist.com Richard Frazin z Uniwersytetu w Michigan i jego zespół badawczy sprawdzali ich temperaturę w trakcie niskiej aktywności Słońca. Spodziewali się, że każda kolejna warstwa będzie miała wyższą temperaturę, jak się jednak okazało, temperatura warstw była bardziej zróżnicowana. W czasie badań okazało się bowiem, że niespodziewanie niektóre z nich - te położone najbliżej równika Słońca, miały niższą temperaturę na swoich szczytach. Franzin uważa, że te spadki temperatur mogą pomóc wyjaśnić im, dlaczego temperatura korony jest tak wysoka. Wyjaśnia też, czym jest korona Słońca. Otóż podczas całkowitego zaćmienia Słońca, gdy Księżyc przez chwilę zakrywa tarczę słoneczną, możemy obserwować atmosferę Słońca zwaną właśnie koroną słoneczną. Korona ma bardzo małą gęstość, lecz jest bardzo rozległa i obejmuje przestrzeń o średnicy kilkudziesięciu promieni Słońca. Wygląd korony słonecznej ulega zmianom zgodnie z cyklem aktywności Słońca. Jej jasność jest milion razy mniejsza niż jasność powierzchni tarczy słonecznej. Korona jest więc zwykle niedostrzegalna w świetle widzialnym z powierzchni Ziemi, gdyż rozproszone światło Słońca w atmosferze ziemskiej ma w sąsiedztwie jego tarczy jasność o wiele większą od słabego światła korony.(Nasz dziennik)
* * *
W pięć minut odkryto, czemu korona słoneczna jest tak gorąca.
Jak to możliwe, że atmosfera Słońca staje się tym gorętsza im bardziej oddalamy się od jego powierzchni? To pytanie, które od dziesięcioleci spędza astronomom sen z powiek. Wydaje się, że krótka suborbitalna misja instrumentu Hi-C, przeprowadzona w lipcu ubiegłego roku pozwoliła wyjaśnić choć jeden z aspektów sprawy. Jak pisze w najnowszym numerze czasopismo "Nature" dzięki niej po raz pierwszy bezpośrednio zaobserwowano zjawisko tak zwanej rekoneksji magnetycznej.
Owa rekoneksja magnetyczna to zjawisko szybkiej zmiany układu linii pola magnetycznego w plazmie słonecznej, które prowadzi do silnego jej rozgrzania. Jak się wydaje, ten mechanizm ma istotne znaczenie dla przenoszenia energii do korony i podnoszenia jej temperatury do poziomu milionów kelwinów. Temperatura widocznej powierzchni Słońca, fotosfery wynosi przy tym zaledwie kilka tysięcy kelwinów.
Obserwacja tych zjawisk z niedostępną wcześniej precyzją byłą możliwa dzięki teleskopowi sondy High-resolution Coronal Imager (Hi-C) obserwującemu Słońce w zakresie promieniowania ultrafioletowego o długości fali rzędu 19.3 nanometrów - 25 razy krótszej, niż promieniowanie widzialne. Atmosfera Ziemi pochłania promieniowanie w tym zakresie, konieczne więc było wyniesienie sondy na znaczną wysokość.
Cała misja, przeprowadzona w lipcu ubiegłego roku trwała zaledwie 5 minut. Ponieważ teleskop mógł obserwować tylko bardzo niewielki wycinek powierzchni Słońca, wybrano w ostatniej chwili miejsce szczególnie aktywne. Autorzy eksperymentu porównali to do obserwacji monety 5-groszowej z odległości 15 kilometrów. Fluktuacje widocznych linii plazmy, wskazujących lokalne kierunki pola magnetycznego, udało się zaobserwować z dokładnością do mniej więcej 150 kilometrów.
Na zdjęciach poniżej widać porównanie wcześniejszych obrazów tego samego rejonu, uzyskanych dzięki Atmospheric Imaging Assembly (AIA) na pokładzie sondy Solar Dynamics Observatory oraz nowych, wykonanych z pomocą znacznie dokładniejszego Hi-C.(RMF)
Więcej: Zagadka korony słonecznej.
