Forestil dig en brændende varm gryde, som står på et koldt komfur. Hvor i alverden får gryden sin varme fra?
Et lignende mysterium har gennem årtier ført til voldsomme grublerier og diskussioner blandt forskere.
Når de undersøger vores nærmeste stjerne, viser det sig nemlig, at der er langt varmere uden om Solen – i et område kaldet koronaen – end inde på selve Solens overflade.
»Det er fortsat et uløst mysterium, hvorfor koronaen er så varm. Temperaturen er hundreder af gange varmere end på overfladen af selve Solen, og vi forsøger stadig at finde ud af hvorfor,« fortæller den britiske professor i sol-astrofysik, Robert Walsh, i et interview med Videnskab.dk.
Stegende hedt i koronaen
Solens korona kan også beskrives som Solens atmosfære, og temperaturen i området har et stegende hedt gennemsnit på omkring 1-2 millioner grader.
Til sammenligning er selve Solens overflade (også kaldet fotosfæren) nærmest ’iskold’ med sine knap 6.000 grader.
»Det går imod al vores logik og grundlæggende fysiske love. Når man går væk fra et varmt objekt, burde temperaturen falde. Men når man bevæger sig væk fra Solen, rammer man pludselig et område, som er millioner af grader varmt. Vi kalder det koronaens varmeproblem,« forklarer Robert Walsh fra University of Central Lancashire i England.
Solforsker Susanne Vennerstrøm er også fascineret af det brandvarme mysterium om Solens korona.
»Det er besynderligt. I Solens centrum foregår energiproduktionen, og der er det selvfølgelig allervarmest. Herefter bliver det koldere og koldere ud gennem Solen, og til sidst er det forholdsvist køligt på overfladen. Men længere ude i koronaen stiger temperaturen pludselig igen med millioner af grader,« siger Susanne Vennerstrøm som er seniorforsker ved Institut for Rumforskning og Rumteknologi ved Danmarks Tekniske Universitet i Lyngby.
Koronaens varmeproblem
Ifølge professor Robert Walsh er koronaens varmeproblem ikke blot en gåde, som klæber til vores egen stjerne, Solen. Det gælder også andre stjerner.
»Alle sollignende stjerner har koronaer – altså varme atmosfærer omkring sig. Men vi ved ikke engang, hvorfor koronaerne eksisterer. Hvorfor er de der, og hvad skaber den meget varme gas omkring stjernen? Det er en af de helt store gåder, vi gerne vil løse,« siger Robert Walsh.
Helt på bar bund er forskerne imidlertid ikke på nuværende tidspunkt. I de senere år er der efterhånden opnået konsensus om, at det er Solens magnetfelt, som giver anledning til de besynderligt høje temperaturer i koronaen.
»Man har fundet ud af, at det er Solens magnetfelt, som på en eller anden måde giver ophav til varmen. Men præcis hvilke mekanismer, der er på spil, er man stadig usikker på,« fortæller Susanne Vennerstrøm.
To førende teorier om koronaens varme
Professor Robert Walsh fortæller, at der er to førende teorier om, hvordan Solens magnetfelt kan opvarme koronaen:
Den ene teori tager udgangspunkt i, at Solens magnetfelt kan blive strukket ud og knække, forklarer han.
»Når du ser på billeder af en solformørkelse, kan du se koronaen som et hvidt lys uden om Månen, som blokerer for den meget lysende solskive (se billedet ovenfor, red.). Men samtidig kan du se nogle stråler, som strækker sig ud fra koronaen. Det er Solens magnetfelt, som giver anledning til strålerne, vi kan se,« siger Robert Walsh og fortsætter:
»Man kan tænke på magnetfeltet i koronaen som en form for køkkenelastik. Elastikken kan strække sig meget, men hvis du trækker hårdt nok, vil den på et tidspunkt knække. Vi mener, at noget lignende kan ske med Solens magnetfelter, hvis de bliver twistet og udtrukket nok.«
Teorien lyder altså, at magnetfeltet kan knække, mens det strækker sig ud igennem Solens korona. Men modsat en køkkenelastik kan det knækkede magnetfelt sætte sig sammen igen. Og hele processen udløser en masse energi, forklarer Robert Walsh.
»Der udløses energi, når magnetfeltets stråle knækker, og derefter sætter den sig sammen igen. På den måde opstår der en masse små energiudladninger fra magnetfeltet, som vil kunne opvarme Solens korona til millioner af grader. Det er en af de førende teorier,« siger Robert Walsh.
De små energiudladninger bliver også kaldt for ’nanoudbrud’ (på engelsk nanoflares). De kan nemlig beskrives som mini-versioner af de meget voldsommere energiudladninger, som foregår på selve Solen – kaldet soludbrud.
\ Eugene Parker og nanoudbrud
Teorien om, at ’nanoudbrud’ (nanoflares) er årsag til koronaens besynderligt høje temperaturer er blandt andet udviklet af den amerikanske solforsker Eugene Parker.
Ifølge teorien opstår nanoudbrud, når stråler fra Solens magnetfelt knækker og samler sig igen. På den måde bliver energien, som gemmer sig i Solens magnetfelt, omdannet til varmeenergi i koronaen.
Eugene Parker har blandt andet lagt navn til NASA’s rumfartøj ’Parker Solar Probe’, som i øjeblikket er i færd med at undersøge Solen.
Du kan læse meget mere om Eugene Parker og hans forskning i artiklen Fra modstand til accept: Historien om manden, der ville studere Solen på klos hold
Magnetiske bølger
En anden førende teori, som forsøger at forklare koronaens skoldhede temperaturer, tager også udgangspunkt i Solens magnetfelt.
Men her fokuserer forskerne i stedet på, at magnetfeltet giver anledning til magnetiske bølger, som kan slæbe store mængder energi med sig ud til koronaen.
»Hvis du nogensinde har stået på stranden, har du sikkert set, at havets bølger kan indeholde store mængder energi, som bliver udløst, når de slår ind mod stranden. På samme måde kan magnetiske bølger bevæge sig frem og tilbage, støde sammen og udløse store mængder varmeenergi i koronaen. Og det er faktisk også en af de førende forklaringer på, hvorfor koronaen er så varm,« siger Robert Walsh.
De magnetiske bølger bliver også kaldt for Alfvén-bølger, og den slags bølger blev blandt andet påvist på Solen af den japanske sol-satellit ’Hinode’ i 2008 (læs mere i artiklen Hinode finder kilden til solvinden).
»Vi ved fortsat ikke, om det er teorien om bølgerne eller teorien om, at magnetfeltet knækker og finder sammen igen, som kan forklare koronaens varmeproblem. Eller måske er det en blanding af begge dele,« siger Robert Walsh.
\ Læs mere
Svar på vej?
Uanset hvad, har vi at gøre med komplicerede fysiske processer, som er svære for forskerne at måle og modellere, forklarer Susanne Vennerstrøm.
»Vi har ingen direkte målinger af Solens magnetfelt, for vi kan ikke sætte et måleapparat op inde i Solens atmosfære. Men vi kan måle magnetfeltet indirekte, fordi det har en effekt på lyset fra Solen. Så hvis man analyserer Solens lys for den slags effekter, får man en god måling af Solens magnetfelt,« forklarer hun.
Problemet er imidlertid, at der ikke udsendes særlig meget lys fra Solens korona. Og derfor kan det være svært at måle, hvad der sker med magnetfeltet ude i koronaen, forklarer hun.
»Vi får en masse lys fra Solens overflade, som vi kan bruge til at bestemme magnetfeltet, men ude i koronaen er tætheden af atmosfæren meget mindre, og der udsendes for lidt lys til at lave en god bestemmelse af magnetfeltet,« forklarer Susanne Vennerstrøm.
Flere rumfartøjer og teleskoper har imidlertid rettet blikket mod Solen i de senere år. Det gælder blandt andet det amerikanske rumfartøj ’Parker Solar Probe’, det europæiske rumfartøj Solar Orbiter, det nye teleskop Daniel K. Inouye Solar Telescope, som står på Hawaii og snart også de to europæiske satellitter kaldet Proba 3.
Så mon ikke vi får fravristet Solen en hemmelighed eller to i de kommende år?
