Proč je sluneční koróna 200krát teplejší než povrch Slunce?

Výzkumníci z Princetonské laboratoře fyziky plazmatu učinili významný objev týkající se extrémní teploty ve sluneční koróně a jako pravděpodobnou příčinu označili odražené vlny plazmatu. Tento průlomový objev, který zahrnuje experimentální i simulační metody, poskytuje zásadní pohled na dlouholetou záhadu, proč je sluneční koróna podstatně teplejší než povrch Slunce.

Slunce skrývá velkou záhadu. Přestože teplota na povrchu Slunce se pohybuje kolem 5 500 stupňů Celsia, v jeho vnější atmosféře, sluneční koróně, stoupá na více než 1 milion stupňů – je tedy zhruba 200krát vyšší. Tento dramatický nárůst teploty ve směru od slunečního povrchu vrtá vědcům hlavou již od roku 1939, kdy byla vysoká teplota koróny poprvé zdokumentována. V průběhu desetiletí se vědci snažili odhalit mechanismus tohoto neočekávaného ohřevu, ale záhada zůstávala nevyřešena.

Průlom ve výzkumu solární energie
Nedávno se však podařil průlom týmu pod vedením Sayaka Boseho, výzkumného pracovníka Princetonské laboratoře fyziky plazmatu (PPPL) amerického ministerstva energetiky (DOE). Jejich zjištění naznačují, že odražené vlny plazmatu jsou pravděpodobně zodpovědné za ohřev koronálních děr – oblastí s nízkou hustotou ve sluneční koróně s otevřenými magnetickými siločarami, které se táhnou až do meziplanetárního prostoru. Tento objev znamená významný pokrok v odhalování jedné z nejtrvalejších záhad naší nejbližší hvězdy.

„Vědci věděli, že koronální díry mají vysokou teplotu, ale základní mechanismus, který je za ohřev zodpovědný, není dobře znám,“ řekl Bose, hlavní autor článku, který výsledky zveřejnil v časopise The Astrophysical Journal. „Naše zjištění ukazují, že odraz vln od plazmatu může tuto práci vykonat. Jedná se o první laboratorní experiment, který prokazuje, že se Alfvénovy vlny odrážejí za podmínek relevantních pro koronální díry.“

Odhalení záhady Alfvénových vln
Vlny, které nesou jeho jméno, poprvé předpověděl švédský fyzik a nositel Nobelovy ceny Hannes Alfvén a připomínají kmitání strun kytary, jenže v tomto případě jsou vlny plazmatu způsobeny kmitáním magnetického pole.

Bose a další členové týmu použili 20 metrů dlouhý plazmový sloupec Velkého plazmového zařízení (LAPD) na Kalifornské univerzitě v Los Angeles (UCLA) k excitaci Alfvénových vln za podmínek, které napodobují situaci vyskytující se v okolí koronálních děr. Experiment prokázal, že když Alfvénovy vlny narazí na oblasti s různou hustotou plazmatu a různou intenzitou magnetického pole, jako je tomu ve sluneční atmosféře v okolí koronálních děr, mohou se odrazit a putovat zpět ke svému zdroji. Srážka vln směřujících ven a odražených vln způsobuje turbulence, které následně způsobují ohřev.

Pokroky v experimentech a poznatky ze simulací
„Fyzikové již dlouho předpokládají, že odraz Alfvénových vln by mohl pomoci vysvětlit ohřev koronálních děr, ale nebylo možné to ověřit v laboratoři ani přímo změřit,“ řekl Jason TenBarge, hostující vědecký pracovník PPPL, který se na výzkumu rovněž podílel. „Tato práce poskytuje první experimentální ověření, že odraz Alfvénových vln je nejen možný, ale že množství odražené energie je dostatečné k ohřevu koronálních děr.“

Současně s laboratorními experimenty tým provedl počítačové simulace experimentů, které potvrdily odraz Alfvénových vln v podmínkách podobných koronálním dírám. „Běžně provádíme několik ověření, abychom zajistili přesnost našich pozorovaných výsledků,“ řekl Bose. „Provedení simulací bylo jedním z těchto kroků. Fyzika odrazu Alfvénových vln je velmi fascinující a komplikovaná! Je úžasné, jak hluboce mohou základní fyzikální laboratorní experimenty a simulace výrazně zlepšit naše chápání přírodních systémů, jako je naše Slunce.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/new-clues-to-a-decades-old-solar-mystery-why-the-suns-corona-is-200x-hotter-than-its-surface/

autor: František Martinek