Een Chinees-Duits team van wetenschappers heeft de magnetische structuren in de zonnecorona geïdentificeerd waar de snelle zonnewind vandaan komt. Met behulp van afbeeldingen en Doppler-kaarten van de Solar Ultraviolet Measurements of Emitted Radiation (SUMER) spectrometer en magnetogrammen geleverd door de Michelson Doppler Imager (MDI) op het op de ruimte gebaseerde Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) van ESA en NASA, observeerden ze zonnestraling van trechtervormige magnetische velden die verankerd zijn in de banen van het magnetische netwerk nabij het oppervlak van de zon. Deze observaties worden gepresenteerd in het nummer van Science van 22 april. Het onderzoek leidt tot een beter begrip van de magnetische aard van de bronnen van de zonnewind, een stroom van zwak en heet plasma (elektrisch geleidend gas) dat de ruimteomgeving van de aarde beïnvloedt.
De zonnewind bestaat uit protonen, alfadeeltjes (tweevoudig geïoniseerd helium), zware ionen en elektronen die van het oppervlak van de zon stromen met snelheden van 300 tot 800 km / s. De zware ionen in de coronale brongebieden zenden straling uit bij bepaalde ultraviolette golflengten. Wanneer ze naar de aarde stromen, zoals bij het volgen van de ontluikende zonnewind, worden de golflengten van de ultraviolette emissie korter, een fenomeen dat het Doppler-effect wordt genoemd, dat bekend is in zijn akoestische variant, bijvoorbeeld door de verandering in toon van de claxon van een politieauto tijdens het naderen of achteruitgaan van de luisteraar. In het geval van zonne-energie wordt plasmabeweging naar ons toe, wat betekent weg van het zonne-oppervlak, gedetecteerd als blauwe verschuiving in het ultraviolette spectrum en kan dus worden gebruikt om het begin van de zonnewindafvoer te identificeren.
Een SUMER ultraviolet spectrum is vergelijkbaar met wat wordt gezien wanneer een prisma wit licht scheidt in een regenboog van verschillende kleuren. De ultraviolette straling is echter onzichtbaar voor het menselijk oog en kan de atmosfeer van de aarde niet doordringen. Door de ultraviolette emissie van SUMER te analyseren op het ruimteobservatorium SOHO vanuit de ruimte, kunnen zonnefysici veel leren over de zon en de gastemperatuur, chemische samenstelling en beweging in de verschillende atmosferische lagen afleiden.
"De fijne magnetische structuur van het brongebied van zonnewind is ongrijpbaar gebleven", zei eerste auteur prof. Chuanyi Tu van de afdeling Geofysica van de Peking Universiteit in Peking, China. “Jarenlang hebben natuur- en zonne-natuurkundigen snelle zonnewindstromen waargenomen die uit coronale gebieden komen met open magnetische veldlijnen en een lage lichtintensiteit, de zogenaamde coronale gaten. Alleen door complexe waarnemingen van SOHO op een nieuwe manier te combineren, hebben we de eigenschappen van de bronnen in coronale gaten kunnen afleiden. De snelle zonnewind lijkt te ontstaan in coronale trechters met een snelheid van ongeveer 10 km / s op een hoogte van 20.000 kilometer boven de fotosfeer ”.
"De snelle zonnewind begint uit de bovenkant van de trechters te stromen in coronale gaten met een stroomsnelheid van ongeveer 10 km / s", zegt Prof. Tu. “Deze uitstroom wordt gezien als grote plekken in de Doppler-blauwe verschuiving (gearceerde gebieden in de bovenstaande afbeelding) van een spectraallijn uitgezonden door Ne + 7-ionen bij een temperatuur van 600.000 Kelvin, die kan worden gebruikt als een goede tracer voor de hete plasmastroom . Door een vergelijking met het magnetische veld, zoals geëxtrapoleerd uit de fotosfeer door middel van de MDI magnetische data, ontdekten we dat het blauwverschuivingspatroon van deze lijn het beste correleert met de open veldstructuren op 20.000 km. ”
De SUMER-spectrometer onderzocht de bronnen van de zonnewind door ultraviolette straling te observeren die afkomstig was van een groot deel van het noordpoolgebied van de zon. “De duidelijke identificatie van de gedetailleerde magnetische structuur van de bron, die nu wordt onthuld als coronale trechters, en de bepaling van de vrijgavehoogte en beginsnelheid van de zonnewind zijn belangrijke stappen bij het oplossen van de problemen van massavoorziening en basisversnelling. We kunnen onze aandacht nu richten op het bestuderen van verdere plasmacondities en fysische processen die plaatsvinden in de zich uitbreidende coronale trechters en in hun nauwe nek verankerd in het magnetische netwerk ”, zegt prof. Eckart Marsch, co-auteur van de Science paper.
Het oplossen van de aard en oorsprong van de zonnewind is een van de hoofddoelen waarvoor SOHO is ontworpen. De astronomische gemeenschap weet al lang dat de snelle zonnewind uit coronale gaten komt. Nieuw hier is de ontdekking dat deze stromen beginnen in coronale trechters, waarvan de bron zich aan de randen van het magnetische netwerk bevindt. Net onder het oppervlak van de zon bevinden zich grote convectiecellen. Elke cel heeft bijbehorende magnetische velden, die in de netwerkbanen zijn geconcentreerd door magneto-convectie, waar de trechterhalzen zijn verankerd. Het plasma, terwijl het nog steeds in kleine lussen is opgesloten, wordt door convectie naar de trechters gebracht en daar vrijgegeven, alsof een emmer water wordt geleegd in een open waterkanaal.
"Eerder werd aangenomen dat de snelle zonnewind afkomstig is van een willekeurige open veldlijn in de ionisatielaag van het waterstofatoom iets boven de fotosfeer", zegt prof. Marsch, "Maar de lage dopplerverschuiving van een emissielijn van koolstofionen laat zien dat er nog geen bulk uitstroom is geweest op een hoogte van 5.000 km. Het zonnewindplasma wordt nu geacht te worden geleverd door plasma afkomstig van de vele kleine magnetische lussen, met slechts een paar duizend kilometer hoogte, die de trechter verdringen. Door magnetische herverbinding wordt plasma van alle kanten naar de trechter geleid, waar het kan worden versneld en uiteindelijk de zonnewind kan vormen. ”
Het SUMER-instrument werd gebouwd onder leiding van Dr. Klaus Wilhelm, die ook co-auteur is van het artikel, aan het Max Planck Institute for Solar System Research (voorheen Max Planck Institute for Aeronomy) in Lindau, Duitsland, met belangrijke bijdragen van het Institut d'Astrophysique Spatiale in Orsay, Frankrijk, het NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, de University of California in Berkeley, en met financiële steun van Duitse, Franse, Amerikaanse en Zwitserse nationale instanties. SOHO is al bijna tien jaar actief op een speciaal uitkijkpunt in de ruimte op 1,5 miljoen kilometer van de aarde, aan de zonzijde van de aarde. SOHO is een project van internationale samenwerking tussen de European Space Agency en NASA. Het werd in december 1995 gelanceerd op een Atlas II-AS-raket van NASA's Kennedy Space Center, Florida, en wordt bediend vanuit het Goddard Space Flight Center.
Oorspronkelijke bron: Max Planck Society News Release
