O nouă teorie explică temperatura ridicată din coroana solară

Astronomii au numeroase întrebări în legătură cu două teorii de lucru ce au ca subiect o enigmă despre Soare care persistă de zeci de ani: de ce este corona Soarelui (atmosfera de dincolo de cromosfera solară) atât de fierbinte?

În nucleul Soarelui temperatura este de 15 milioane de grade Kelvin, dar în momentul în care căldura degajată de acesta ajunge la suprafaţa Soarelui temperatura se reduce până la o valoare de doar 6.000 de grade pentru a creşte din nou până la mai mult de un milion de grade în coroana solară.

Prin analiza datelor din satelit cercetătorii pot studia problema încălzirii coroanei solare în mod special în jurul unei găuri coronale polare. Credit imagine: Michael Hahn şi Daniel Wolf Savin, Columbia University

Doi cercetători de la Columbia University au publicat recent un studiu despre care ei cred că oferă un răspuns la această întrebare şi care se bazează pe existenţa undelor magnetice care mai sunt cunoscute şi sub numele de unde Alfven. Cercetătorii au prezentat concluziile lor în cursul întâlnirii Hinode 7 Science Meeting din Japonia.

Michael Hahn şi Daniel Wolf Savin au analizat datele obţinute cu ajutorul spectrometrului Extreme Ultraviolet Imaging Spectrometer de pe satelitul japonez Hinode pentru o gaură coronală polară şi au constatat că, similar vibraţiilor unei strune de chitară, liniile câmpului magnetic solar pulsează şi în acest fel ele permit transferul de energie de la suprafaţa Soarelui către coroana solară. Spectrometrul de pe satelitul Hinode a reuşit să observe aceste unde care străbat atmosfera solară superioară.

„Aceasta este o descoperire fundamentală importantă", a spus Ilia Roussev, director de programe NSF (Naţional Science Foundation) dedicate cercetării Soarelui. „Această problemă este Sfântul Graal din fizica solară. Dacă acest lucru ne va permite să înţelegem mai bine acest fenomen atunci consecinţele vor fi enorme".

Problema încălzirii coroanei solare a fost dezbătută timp de 70 de ani de către cercetători care, în principal, s-au împărţit în două tabere: unii dintre ei susţin teoria bazată pe existenţa undelor Alfven, iar alţii atribuie încălzirea coroanei solare buclelor câmpului magnetic care se întind de-a lungul întregii suprafeţe solare și care au potenţialul de a „rupe" şi a elibera energie. Soluţia propusă de Hahn şi Savin s-a bazat pe observaţiile obţinute cu ajutorul satelitului Hinode. Echipa a studiat datele Hinode începând din anul 2009 prin intermediul programului de cercetare NSF Solar, Heliospheric and INterplanetary Environment (SHINE).

„Aceasta este o întrebare importantă fără răspuns din fizica solară şi aproape toată lumea care este implicată în acest domeniu încercă să rezolve această problemă", a spus Savin. „Noi nu am avut într-adevăr nicio idee cu privire la direcţia în care cercetarea ne va conduce, dar noi am avut speranţa cel puţin să putem adăuga o altă piesă la acest puzzle. Nu ne-am aşteptat ca aceasta să se dovedească atât de importantă".

De fapt, tehnologia ne-a ajutat la dezvoltarea acestei teorii. Satelitul Hinode, pe care se află spectrometrul Extreme Ultraviolet Imaging Spectrometer, reprezintă o misiune japoneză în colaborare cu Marea Britanie şi Statele Unite şi a oferit observaţii unice care nu au mai fost obţinute anterior.

„Până în acel moment noi am putut observa Soarele doar în lumină albă, nu aveam observaţii în ultraviolet (UV). Dar acum le putem efectua", a remarcat Roussev. Cu ajutorul observaţiilor în ultraviolet, cercetătorii pot obţine informaţii cu privire la compuşii chimici şi condiţiile fizice de lângă suprafaţa Soarelui, care până la mijlocul anilor '90 nu au putut fi observate. Satelitul Hinode a studiat Soarele începând din anul 2006.

„Unii dintre membrii comunităţii ştiinţifice au răspuns cu entuziasm la constatările noastre, alţii au fost mai prudenţi, dar ne aşteptam la această reacţie", a spus Savin. „Alţii, inclusiv noi, au subliniat că nu poate exista doar o soluţie la această problemă. Munca noastră este relevantă în ceea ce priveşte găurile coronale care sunt sursa vântului solar de mare viteză. Un alt proces sau alte procese fizice pot fi întâlnite în cazul unei activităţi solare liniştite".

Intrări şi ieşiri în atmosfera Pământului

Deşi Soarele se află la aproape 93 milioane de mile distanţă de Pământ, electronii şi protonii din Soare se deplasează spre Pământ sub forma unui vânt de particule. Acest vânt solar are un impact puternic asupra atmosferei Pământului, mai ales în zonele unde se află sateliţii care furnizează imagini importante ale planetei noastre şi cei care asigură funcţionarea sistemului GPS şi a telefoanelor mobile.

„În cele din urmă acest tip de cercetare oferă noi perspective asupra condiţiilor din spaţiu despre care se ştie că pot afecta Pământul", a spus Hahn, cel căruia i-a fost acordat un premiu Blavatnik pentru tinerii oameni de ştiinţă în anul 2012 de către New York Academy of Sciences pentru activitatea sa în problema încălzirii coroanei solare. „Înţelegerea acestor procese fundamentale îmbunătăţeşte cunoaşterea noastră nu doar asupra coroanei solare, dar şi a mediului spaţial".

Mai exact, atunci când temperatura din coroana solară creşte sunt emise raze X care pot afecta condiţiile din atmosfera Pământului unde se află sateliţii. „Soarele este cea mai mare maşină de producere a razelor X din sistemul solar", a explicat Roussev. „Straturile superioare ale atmosferei Pământului absorb acele raze X, ceea ce conduce la încălzirea straturilor superioare ale atmosferei Pământului. Acest lucru are un impact direct asupra duratei de viaţă a sateliţilor. Pe măsură ce atmosfera se extinde, mişcarea sateliţilor devine tot mai lentă. În acest fel se scurtează durata lor de viaţă, deoarece aceştia încetinesc până într-un moment când vor reintra în atmosferă".

Enigma a fost rezolvată. Acum ce urmează?

Partea interesantă în legătură cu această potenţială rezolvare a problemei coroanei solare este că această soluţie ridică mai multe întrebări.

„Ce determină ca undele Alfven să se atenueze la altitudini surprinzător de mici din corona solară?", întreabă Savin, care acum propune o serie de experimente din fizica plasmei pentru a simula condiţiile dintr-o gaură coronală pentru a explora procesele posibile care ar putea provoca pierderea de energie a acestor unde. „Noi analizăm, de asemenea, observaţiile Hinode pentru alte structuri solare din coroană pentru a vedea ce rol joacă aceste unde în procesul de încălzire al acestor structuri".

Alţi cercetători vor explora, probabil, alte locuri din corona solară în afară de găurile coronale polare.

„Oamenii au susţinut că s-a rezolvat problema încălzirii coroanei solare care durează de decenii", a spus Hahn. „Noi avem încredere în rezultatele noastre şi acum aşteptăm ca şi alţii să ajungă la concluziile noastre".