Wissenschaftler enthüllen den verborgenen Mechanismus hinter der extrem heißen Sonnenkorona

Seit Jahrzehnten rätseln Wissenschaftler über einen der mysteriösesten Aspekte unserer Sonne: Warum ist die Sonnenkorona, die äußere Schicht der Sonnenatmosphäre, mehr als 200-mal heißer als ihre Oberfläche?

Während die Oberfläche der Sonne in einer sengenden Flamme brennt 10.000 Grad FahrenheitCorona-Temperaturen erreichen ca 2 Millionen Grad Fahrenheit. Dieser kontraintuitive Temperaturunterschied hat Forscher seit seiner ersten Entdeckung im Jahr 2015 verwirrt 1939. Nun, bahnbrechende Forschung von Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) Es könnte die bislang überzeugendste Antwort auf dieses Sonnenmysterium sein.

Reflektierte Alfvévén-Wellen: ein Durchbruch in der Solarwissenschaft

Der Schlüssel zur Lösung dieses Rätsels scheint im Verhalten zu liegen Plasmawellenbesonders Alfvén winkt– Schwingungen im Plasma, angetrieben durch Magnetfelder. Diese Wellen wurden zum ersten Mal vorhergesagt Nobelpreisträger Hannes AlvvénSie verhalten sich in etwa wie die Schwingungen von Gitarrensaiten, nur dass sie sich durch das Plasma ausbreiten. Neueste Forschung, geleitet von Sayak-Boss Und sein Team bei PPPL schlägt dies vor Alvvén-Wellen werden reflektiert In Koronale Löcher (Regionen mit geringer Dichte in der Korona) könnten die Quelle der intensiven Hitze sein, die in der Sonnenkorona beobachtet wird.

„Wissenschaftler wissen, dass koronale Löcher hohe Temperaturen aufweisen, aber der grundlegende Mechanismus, der für die Erwärmung verantwortlich ist, ist nicht genau verstanden“, erklärte Bose. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Plasmawellenreflexion diese Aufgabe erfüllen kann. Dies ist das erste Laborexperiment, das zeigt, dass Alfvén-Wellen unter Bedingungen reflektiert werden, die für koronale Löcher relevant sind.“

Forschung veröffentlicht in Astrophysikalisches JournalEs stellt den ersten experimentellen Beweis dafür dar, dass diese Wellen Energie reflektieren und zurück zu ihrer Quelle übertragen können. Diese reflektierte Energie erzeugt nach den Erkenntnissen des Teams … Störung Im Plasma, das wiederum die Moleküle auf die in der Korona beobachteten extremen Temperaturen erhitzt.

Experimentelle Verifizierung und Simulation

Um ihre Hypothese zu testen, verwendeten Bose und sein Team … Großes Plasmagerät (LAPD) In Universität von KalifornienSie erzeugten Alfvén-Wellen in einer 20 Meter hohen Plasmasäule, die die Bedingungen in den koronalen Löchern der Sonne simulieren sollte. Die Ergebnisse waren eindeutig: Als die Wellen auf Regionen unterschiedlicher Plasmadichte und Magnetfeldstärke trafen – Bedingungen, die einer Korona nachahmen –, reflektierten sie zurück zu ihrer Quelle. Diese Reflexion führte dazu, dass die Wellen miteinander interagierten und Turbulenzen erzeugten, die das Plasma erhitzen konnten.

„Physiker haben seit langem die Hypothese aufgestellt, dass die Reflexion der Alfvén-Welle die seltsame Erwärmung koronaler Löcher erklären könnte“, sagte er. Jason TenbargGastforscher am PPPL. „Diese Arbeit liefert den ersten experimentellen Beweis dafür, dass nicht nur die Reflexion von Alfvén-Wellen möglich ist, sondern auch, dass die reflektierte Energie ausreicht, um koronale Löcher zu erhitzen.“

Das Team dirigierte auch Computersimulation des Versuchsaufbaus, der ihre Ergebnisse bestätigt. Diese Simulationen lieferten eine weitere Bestätigung dafür, dass Alfvén-Wellenreflexionen unter den in der Sonnenkorona herrschenden Bedingungen auftreten können, und lieferten ein aussagekräftiges Modell zum Verständnis, wie die äußere Atmosphäre der Sonne diese extremen Temperaturen erreicht.

Implikationen für das Verständnis des Weltraumwetters

Diese Entdeckung hat wichtige Implikationen, die über die bloße Lösung eines seit langem bestehenden wissenschaftlichen Rätsels hinausgehen. Indem die Forschung Aufschluss darüber gibt, wie sich Energie durch die Sonnenatmosphäre bewegt, kann sie unser Verständnis darüber verbessern Weltraumwetter– Ströme geladener Teilchen, oder Sonnenwindemittiert von der Sonne, die Auswirkungen haben kann Das Magnetfeld der Erde. Diese Sonnenwinde können weitreichende Auswirkungen haben, von der Störung der Satellitenkommunikation bis hin zu … GPS-Systeme Schwankungen in den Stromnetzen verursachen.

Das Verständnis des Mechanismus hinter der Koronaerwärmung könnte zu besseren Vorhersagen führen Sonnenaktivitätenthalten Sonneneruptionen Und Koronaler Massenauswurf– Mächtige Explosionen von Sonnenwind und Magnetfeldern, die zu erheblichen Störungen der Erdtechnologie führen können. „Was wir hier sehen, ist die tiefgreifende Wirkung, die Alfvén-Wellen nicht nur auf die Sonne, sondern auch auf das Weltraumwetter haben können“, bemerkte Tenbarg.

Die nächste Grenze in der Solarenergieforschung

Dieser Durchbruch im Verständnis der Sonne Koronale Erwärmung Es ist ein wichtiger Schritt vorwärts, aber es gibt noch viele Fragen, die wir beantworten müssen. Während es reflektiert wurde Alfvén winkt Diese Faktoren scheinen eine Schlüsselrolle bei der Erwärmung koronaler Löcher zu spielen, und Forscher versuchen nun, diese Erkenntnisse auf andere Regionen der Korona anzuwenden und zu untersuchen, ob ähnliche Mechanismen die Erwärmung in anderen Teilen der Sonnenatmosphäre erklären könnten.

„Diese Arbeit ist erst der Anfang“, sagte Boz. „Wir haben große Fortschritte beim Verständnis der Dynamik koronaler Löcher gemacht, aber es gibt noch viel mehr zu erforschen. Die Physik der Alfvén-Wellenreflexion ist komplex und absolut faszinierend. Es ist unglaublich, wie grundlegende physikalische Experimente und Simulationen unser Verständnis der Natur dramatisch verbessern können Systeme wie unsere Sonne.

Während die Solarenergieforschung weiter voranschreitet, wird die Kombination … Laborexperimente Und Computersimulation Es ist wahrscheinlich von entscheidender Bedeutung, um weitere Geheimnisse der Sonne und anderer Sterne zu enthüllen. Die Entdeckung des Princeton-Teams öffnet die Tür zu neuen Forschungsmethoden, die unser Verständnis des Einflusses der Sonne auf … vertiefen könnten. Weltraumwetter Und seine umfassenderen Auswirkungen auf das Leben hier auf der Erde.