Ny teori forklarer, hvorfor der er så varmt omkring Solen

Tal og sammenligninger bliver temmelig overvældende, når vi snakker om vores nærmeste stjerne, Solen.

Alene størrelsen kan få os til at krympe sammen: Solen har en omkreds på næsten 4,4 millioner kilometer, til sammenligning er Jorden ca. 40.000 km i omkreds. Man regner med, at solen er 330.000 gange tungere end Jorden, og Solen står for næsten 99,9 procent af al masse i solsystemet.

Men der er endnu meget, som vi ikke ved om Solen, og hvordan solatmosfæren egentlig fungerer. Et af mysterierne er, at temperaturen stiger, når man bevæger sig længere væk fra overfladen:

1. Solens overflade kaldes for fotosfæren og er omkring 6000 grader.

2. Gennem kromosfæren, som ligger over fotosfæren, stiger temperaturen til 20.000 grader.

3. Det bliver allervarmest i koronaen, som er en ekstremt varm gassky, der omgiver solen og er dramatisk varmere, over en million grader.

Det svarer til, at luften omkring en varmeovn er meget varmere, end det er inde i selve ovnen.

Hvorfor bliver det varmere når man kommer længere væk fra solen?

Hvorfor koronaen er så meget varmere end overfladen, er et mysterium, som forskere har diskuteret lige siden, man opdagede fænomenet i slutningen af 1930’erne.

På en eller anden måde må der blive transporteret store mængder af energi op gennem solatmosfæren, som så forplanter sig i den meget tynde korona.

Med det lille rumteleskop IRIS har en gruppe astronomer nu skaffet nogle målinger, der giver en mulig forklaring.

Resultaterne er publiceret i en række artikler i det videnskabelige tidsskrift Science, hvor Viggo Hansteen, professor ved Institut for teoretisk astrofysik (ITA) ved universitetet i Oslo, har været med på flere studier og været hovedforfatter på et af dem.

»Nu har vi fået mulighed for at studere, hvad der sker i meget højere opløsning, og vi kan se detaljer, som vi tidligere kun har kunnet forestille os,« siger Viggo Hansteen.

IRIS blev sendt op af NASA sidste sommer. Teleskopet undersøger kromosfæren og solens grænseflade, området som ligger mellem kromosfæren og koronaen. Forskere mener, at netop undersøgelser af grænsefladen kan være nøglen til at forstå, hvordan koronaopvarmningen opstår.

Tornadoer ved solen

Forskerne har undersøgt mange forskellige mekanismer, og samlet set giver det nu et mere komplet billede af, hvordan koronaen bliver varmet op.

Forskergruppen har blandt andet opdaget en masse vridende og slyngende bevægelser, nærmest små hvirvelstorme, overalt i kromosfæren og grænsefladen. Måske er det disse proptrækkerbevægelser, som tilfører en stor del af den energi, der skal til for at opvarme koronaen.

Når vi snakker om ’små’ fænomener ved Solen, bliver det et temmelig relativt begreb: De har stadig en størrelse på tusindvis af kilometer.

Disse hvirvelstorme finder sted langs nogle magnetiske ’rør’, som går op langs solens atmosfære. Hvis du forestiller dig et blødt rør, som vrides frem og tilbage, så vil denne vridebevægelse brede sig opadgående og transportere energi.

Her kan du se en film fra IRIS, som viser et område i grænsefladen på 140.000 grader. De hurtige forandringer i spektrallinjerne til venstre viser hvirvelbevægelser i plasmaet.

Magnetfelterne slynger og vrider sig på samme måde og giver strøm og energi gennem grænsefladen, hvilket medfører hurtig opvarmning og spredning i koronaen.

»Det kan potentielt skabe energi nok til at opvarme koronaen, men det er endnu bare en teori,« siger Hansteen.

Små magnetiske løkker ved overfladen af solen

Hansteen ledede arbejdet med at undersøge små, korte og relativt kølige magnetiske løkker i overgangsfladen. De små løkker ligner de store løkker, som slynger partikler og plasma ud fra solen, men i langt mindre målestok.

Der er nogle, som længe har troet, at disse løkker findes, men der har været meget diskussion om, hvorvidt solatmosfæren er bygget op på denne måde.

»Vi har undersøgt disse løkker i avancerede datamodeller, som vi har lavet på universitetet, men de er ikke blevet observeret før,« siger Hansteen.

Nu er løkkerne fundet, og de kan være med til at forklare strålingen fra grænsefladen. Løkkerne er korte, tætte og der er utrolig mange af dem. De kan effektivt afgive energi gennem stråling, som så forplanter sig videre ud i atmosfæren.

Partikler og jetstrømme ved solen

De første resultater fra IRIS har også afdækket andre mekanismer, som ligger bag solvinden og solstorme.

Forskerne har fundet områder med enormt varm gas på 100.000 grader langt nede i solens atmosfære, som omgives af køligere områder med gas. Magnetiske linjer med forskellig polaritet, som mødes, forårsager, at varm plasma slynges ud i eksplosioner, som er langt mere energiske, end man tidligere har antaget.

De har også observeret små jetstrømme, som skyder plasma ud i høj fart, og som tilfører koronaen og solvinden plasma.

Forskerne tror også, de har fundet højenergiske partikler, som spiller en rolle i energiudvekslingen mellem koronaen og de underliggende lag. Partikler med høj energi og fart fra små eksplosioner i koronaen sendes ud og slår ned i grænsefladen og kromosfæren og overfører en masse energi på denne måde.

Næste mål: Solens magnetfelt

Nu skal undersøgelserne med IRIS fortsætte, og Hansteen fortæller, at de er blevet bedre til at bruge instrumenterne efter disse første undersøgelser.

IRIS har også undersøgt solen i samarbejde med det Svenske Solteleskop på øen La Palma på de Kanariske Øer.

»Nu kan vi bruge de to instrumenter sammen på en effektiv måde. Det er faktisk ikke så let at observere den samme lille del af Solen, men nu er vi blevet bedre til at bruge de to instrumenter sammen.«

»Vi vil prøve at forstå, hvordan Solens magnetfelt bliver dannet, og hvordan magnetfeltet påvirker koronaen. Der er en tæt forbindelse mellem strukturen på magnetfeltet og opvarmningen af koronaen og hele den ydre solatmosfære,« fortæller Hansteen.

© forskning.no Oversat af Anna Bestle