Dyskusja użytkownika arcy

Atmosfera Słońca jest setki razy gorętsza niż jego powierzchnia - oto dlaczego.

___________________

Wpis jest tłumaczeniem artykułu "The Sun’s atmosphere is hundreds of times hotter than its surface – here’s why" / Marianna Korsos, Huw Morgan / https://theconversation.com/the-suns-atmosphere-is-hundreds-of-times-hotter-than-its-surface-heres-why-161392

___________________

Widoczna powierzchnia Słońca, czyli fotosfera, ma temperaturę około 6 000°C. Jednak kilka tysięcy kilometrów nad nią - co jest niewielką odległością, jeśli weźmiemy pod uwagę rozmiar Słońca - atmosfera słoneczna, zwana koroną, jest setki razy gorętsza, osiągając temperaturę miliona stopni Celsjusza lub wyższą.

Ten skok temperatury, pomimo zwiększonej odległości od głównego źródła energii Słońca, został zaobserwowany u większości gwiazd i stanowi fundamentalną zagadkę, nad którą astrofizycy głowią się od dziesięcioleci.

W 1942 r. szwedzki naukowiec Hannes Alfvén zaproponował wyjaśnienie. Teoretyzował on, że namagnesowane fale plazmy mogą przenosić ogromne ilości energii wzdłuż pola magnetycznego Słońca z jego wnętrza do korony, omijając fotosferę i eksplodując ciepłem w górnej atmosferze Słońca.

Teoria ta została wstępnie zaakceptowana - ale wciąż potrzebowaliśmy dowodu w postaci empirycznej obserwacji, że fale te istnieją. Nasze ostatnie badania ostatecznie potwierdziły 80-letnią teorię Alfvéna, przybliżając nas do wykorzystania tego wysokoenergetycznego zjawiska na Ziemi.

Problem grzania koronalnego jest znany od końca lat trzydziestych XX wieku, kiedy to szwedzki spektroskopista Bengt Edlén i niemiecki astrofizyk Walter Grotrian po raz pierwszy zaobserwowali w koronie Słońca zjawiska, które mogły występować tylko wtedy, gdy jej temperatura wynosiła kilka milionów stopni Celsjusza.

Oznacza to temperaturę do 1000 razy wyższą niż znajdująca się pod nią fotosfera, czyli powierzchnia Słońca, którą widzimy z Ziemi. Oszacowanie ciepła fotosfery zawsze było stosunkowo proste: wystarczyło zmierzyć światło, które dociera do nas ze Słońca i porównać je z modelami widmowymi, które przewidują temperaturę źródła światła.

Przez wiele dekad badań temperatura fotosfery była konsekwentnie szacowana na około 6000°C. Odkrycie Edléna i Grotriana, że korona Słońca jest o wiele gorętsza od fotosfery - mimo, że znajduje się dalej od jądra Słońca, jego ostatecznego źródła energii - doprowadziło do wielu wątpliwości w środowisku naukowym.

Aby wyjaśnić tę rozbieżność, naukowcy przyjrzeli się właściwościom Słońca. Słońce składa się prawie w całości z plazmy, czyli silnie zjonizowanego gazu, który posiada ładunek elektryczny. Ruch tej plazmy w strefie konwekcji - górnej części wnętrza Słońca - wytwarza ogromne prądy elektryczne i silne pola magnetyczne.

Pola te są następnie wciągane z wnętrza Słońca przez konwekcję i wydostają się na jego widoczną powierzchnię w postaci ciemnych plam słonecznych, które są skupiskami pól magnetycznych, mogących tworzyć różnorodne struktury magnetyczne w atmosferze słonecznej.

W tym miejscu pojawia się teoria Alfvéna. Rozumował on w ten sposób, że w namagnesowanej plazmie Słońca wszelkie ruchy masowe cząstek naładowanych elektrycznie będą zaburzać pole magnetyczne, tworząc fale, które mogą przenosić ogromne ilości energii na ogromne odległości - od powierzchni Słońca do jego górnej atmosfery. Ciepło przemieszcza się wzdłuż tak zwanych słonecznych tub magnetycznych, zanim wybuchnie w koronie, wytwarzając jej wysoką temperaturę.

Te magnetyczne fale plazmowe są obecnie nazywane falami Alfvéna, a ich udział w wyjaśnieniu zjawiska koronalnego ogrzewania doprowadził do przyznania Alfvénowi Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1970 roku.

Pozostał jednak problem rzeczywistego zaobserwowania tych fal. Na powierzchni Słońca i w jego atmosferze dzieje się tak wiele - od zjawisk wielokrotnie większych niż ziemskie do małych zmian poniżej rozdzielczości naszych instrumentów - że nie udało się dotąd uzyskać bezpośrednich dowodów na istnienie fal Alfvéna w fotosferze.

Jednak ostatnie postępy w instrumentacji otworzyły nowe okno, przez które możemy badać fizykę Słońca. Jednym z takich instrumentów jest Interferometric Bidimensional Spectropolarimeter (IBIS) do spektroskopii obrazowej, zainstalowany w Dunn Solar Telescope w amerykańskim stanie Nowy Meksyk. Instrument ten pozwolił nam na wykonanie o wiele bardziej szczegółowych obserwacji i pomiarów Słońca.

W połączeniu z dobrymi warunkami obserwacyjnymi, zaawansowanymi symulacjami komputerowymi oraz wysiłkiem międzynarodowego zespołu naukowców z siedmiu instytucji badawczych, wykorzystaliśmy IBIS do ostatecznego potwierdzenia, po raz pierwszy, istnienia fal Alfvéna w słonecznych tubach magnetycznych.

Bezpośrednie odkrycie fal Alfvéna w słonecznej fotosferze jest ważnym krokiem w kierunku wykorzystania ich potencjału energetycznego na Ziemi. Mogą one pomóc nam na przykład w badaniach nad fuzją jądrową, czyli procesem zachodzącym we wnętrzu Słońca, w którym niewielkie ilości materii zamieniane są w ogromne ilości energii. Nasze obecne elektrownie jądrowe wykorzystują rozszczepienie jądra atomowego, co zdaniem krytyków powoduje powstawanie niebezpiecznych odpadów jądrowych - zwłaszcza w przypadku katastrof, takich jak ta, która miała miejsce w Fukushimie w 2011 roku.

Stworzenie czystej energii poprzez odtworzenie fuzji jądrowej Słońca na Ziemi pozostaje ogromnym wyzwaniem, ponieważ nadal musielibyśmy szybko wytworzyć 100 milionów stopni Celsjusza, aby fuzja mogła zajść. Fale Alfvéna mogą być jednym ze sposobów na osiągnięcie tego celu. Nasza rosnąca wiedza o Słońcu pokazuje, że jest to z pewnością możliwe - pod odpowiednimi warunkami.

Wkrótce możemy spodziewać się kolejnych odkryć dotyczących Słońca, dzięki nowym, przełomowym misjom i instrumentom. Satelita Solar Orbiter, należący do Europejskiej Agencji Kosmicznej, jest już na orbicie wokół Słońca, dostarczając obrazy i wykonując pomiary niezbadanych regionów polarnych gwiazdy. Oczekuje się, że również na Ziemi pojawią się nowe, wysokowydajne teleskopy słoneczne, które poprawią nasze obserwacje Słońca z Ziemi.

Ponieważ wiele tajemnic Słońca wciąż czeka na odkrycie, w tym właściwości jego pola magnetycznego, jest to ekscytujący czas dla badań nad Słońcem. Nasza detekcja fal Alfvéna jest tylko jednym z elementów szerszej dziedziny, która stara się rozwikłać pozostałe tajemnice Słońca dla praktycznych zastosowań na Ziemi.

___________________

Dołącz do grupy Nauka - to społeczność dla wszystkich zainteresowanych nauką, jej zdobyczami, rozwojem, sukcesami i porażkami; dla głodnych wiedzy i sprawdzonych informacji!

https://www.hejto.pl/spolecznosc/nauka

Obserwuj też wartościowe tagi #qualitycontent #nauka oraz @arcy