Petunjuk Instrumen Orbit Yang Menyimpan Energi Magnetik Memanaskan Atmosfer Matahari

Sebuah fenomena yang pertama kali terdeteksi dalam angin matahari dapat membantu memecahkan misteri lama tentang matahari:mengapa atmosfer matahari jutaan derajat lebih panas dari permukaan. Gambar dari Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) yang mengorbit Bumi dan Atmospheric Imaging Assembly (AIA) menunjukkan bukti bahwa loop magnetik dataran rendah dipanaskan hingga jutaan derajat Kelvin.

Para peneliti di Rice University, University of Colorado Boulder dan NASA's Marshall Space Flight Center membuat kasus bahwa ion yang lebih berat, seperti silikon, lebih disukai dipanaskan di kedua angin matahari dan di wilayah transisi antara kromosfer matahari dan korona. Di sana, loop busur plasma magnet terus menerus, tidak seperti sepupu mereka di korona di atas. Mereka jauh lebih kecil dan sulit untuk dianalisis, tetapi telah lama dianggap memiliki mekanisme yang digerakkan secara magnetis yang melepaskan semburan energi dalam bentuk nanoflare. Fisikawan matahari beras Stephen Bradshaw dan rekan-rekannya termasuk di antara mereka yang menduga demikian, tetapi tidak ada yang memiliki bukti yang cukup sebelum IRIS.

Spektrometer terbang tinggi dibangun khusus untuk mengamati daerah transisi. Dalam studi yang didanai NASA, para peneliti menggambarkan "pencerahan" dalam loop penyambungan kembali yang mengandung tanda spektral oksigen yang kuat dan, terutama, ion silikon yang lebih berat.

Tim Bradshaw, mantan mahasiswanya Shah Mohammad Bahauddin, sekarang menjadi anggota fakultas penelitian di Laboratorium Fisika Atmosfer dan Antariksa di Colorado, dan astrofisikawan NASA Amy Winebarger mempelajari gambar IRIS yang mampu menyelesaikan detail loop wilayah transisi ini dan mendeteksi kantong super -plasma panas Gambar memungkinkan mereka untuk menganalisis pergerakan dan suhu ion dalam loop melalui cahaya yang mereka pancarkan, dibaca sebagai garis spektral yang berfungsi sebagai "sidik jari" kimia.

"Itu di garis emisi di mana semua fisika dicetak," kata Bradshaw, seorang profesor fisika dan astronomi. “Idenya adalah untuk mempelajari bagaimana struktur kecil ini dipanaskan dan berharap untuk mengatakan sesuatu tentang bagaimana korona itu sendiri dipanaskan. Ini mungkin mekanisme di mana-mana yang beroperasi di seluruh atmosfer matahari.”

Gambar mengungkapkan spektrum hot-spot di mana garis diperluas oleh efek termal dan Doppler, menunjukkan tidak hanya elemen yang terlibat dalam nanoflare tetapi juga suhu dan kecepatannya. Di titik-titik panas, mereka menemukan jet penghubung yang mengandung ion silikon bergerak menuju (bergeser biru) dan menjauh dari (bergeser merah) pengamat (IRIS) dengan kecepatan hingga 100 kilometer per detik. Tidak ada pergeseran Doppler yang terdeteksi untuk ion oksigen yang lebih ringan.

Para peneliti mempelajari dua komponen mekanisme:bagaimana energi keluar dari medan magnet, dan kemudian bagaimana sebenarnya memanaskan plasma. Daerah transisi hanya sekitar 10.000 derajat Fahrenheit, tetapi konveksi di permukaan matahari mempengaruhi loop, memutar dan menjalin untaian magnet tipis yang membentuknya, dan menambahkan energi ke medan magnet yang pada akhirnya memanaskan plasma, kata Bradshaw. “Pengamatan IRIS menunjukkan bahwa proses sedang berlangsung dan kami cukup yakin setidaknya satu jawaban untuk bagian pertama adalah melalui rekoneksi magnetik, di mana jet adalah ciri khasnya,” katanya.

Dalam proses itu, medan magnet dari untaian plasma putus dan menyambung kembali di lokasi jalinan ke tingkat energi yang lebih rendah, melepaskan energi magnetik yang tersimpan. Dimana ini terjadi, plasma menjadi super panas. Tapi bagaimana plasma dipanaskan oleh energi magnet yang dilepaskan tetap menjadi teka-teki sampai sekarang. “Kami melihat daerah dalam struktur lingkaran kecil di mana rekoneksi terjadi dan mengukur garis emisi dari ion, terutama silikon dan oksigen,” katanya. “Kami menemukan garis spektrum ion silikon jauh lebih luas daripada oksigen.”

Itu menunjukkan pemanasan preferensial dari ion silikon. “Kami perlu menjelaskannya,” kata Bradshaw. “Kami telah melihat dan berpikir dan ternyata ada proses kinetik yang disebut pemanasan siklotron ion yang lebih menyukai pemanasan ion berat daripada yang lebih ringan.” Dia mengatakan gelombang ion siklotron dihasilkan di situs rekoneksi. Gelombang yang dibawa oleh ion yang lebih berat lebih rentan terhadap ketidakstabilan yang menyebabkan gelombang "pecah" dan menghasilkan turbulensi, yang menyebarkan dan memberi energi pada ion. Ini memperluas garis spektral mereka melampaui apa yang diharapkan dari suhu lokal plasma saja. Dalam kasus ion yang lebih ringan, mungkin ada cukup energi yang tersisa untuk memanaskannya. “Jika tidak, mereka tidak melebihi kecepatan kritis yang diperlukan untuk memicu ketidakstabilan, yang lebih cepat untuk ion yang lebih ringan,” katanya.

“Dalam angin matahari, ion yang lebih berat secara signifikan lebih panas daripada ion yang lebih ringan,” kata Bradshaw. “Itu sudah diukur secara definitif. Studi kami menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa ini juga merupakan properti dari wilayah transisi dan karena itu mungkin bertahan di seluruh atmosfer karena mekanisme yang telah kami identifikasi, termasuk memanaskan korona matahari, terutama karena angin matahari adalah manifestasi dari korona. berekspansi ke ruang antarplanet.”

Pertanyaan selanjutnya, kata Bahauddin, adalah apakah fenomena seperti itu terjadi dengan kecepatan yang sama di seluruh matahari. "Kemungkinan besar jawabannya tidak," katanya. “Lalu pertanyaannya, seberapa besar kontribusi mereka terhadap masalah pemanasan koronal? Bisakah mereka memasok energi yang cukup ke atmosfer bagian atas sehingga dapat mempertahankan korona jutaan derajat?