Teleskop Terorbit Ungkap Energi Magnesit sebagai Sumber Panas Utama Atmosfer Matahari
Fenomena yang pertama kali terdeteksi dalam angin solaire mungkin membantu memecahkan misteri lama tentang matahari: mengapa atmosfer matahari jutaan derajat lebih panas dari permukaan. Citra dari Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) dan Atmospheric Imaging Assembly (AIA) yang berorbit Bumi menunjukkan bukti bahwa loop magnet rendah dipanaskan hingga jutaan derajat Kelvin.
Peneliti dari Rice University, University of Colorado Boulder dan NASA’s Marshall Space Flight Center berpendapat bahwa ion yang lebih berat, seperti silikon, dipanaskan secara prioritas baik dalam angin solaire maupun di wilayah transisi antara cromosfera dan korona matahari. Di sana, loop plasma bermagnet menganga secara berkelanjutan, tidak kalah dengan saudara mereka di korona di atas. Mereka jauh lebih kecil dan sulit dianalisis, namun lama dianggap menampung mekanisme yang dipengaruhi magnet yang melepaskan burst energi dalam bentuk nanoflare. Peneliti surya Rice Stephen Bradshaw dan rekan-rekannya termasuk yang menyangka demikian, namun tidak ada yang memiliki bukti yang cukup sebelum IRIS.
Spektrometer tinggi terbang ini dibangun khusus untuk mengamati wilayah transisi. Dalam studi yang didanai NASA, para peneliti menjelaskan “penyalaan” dalam loop yang terhubung kembali yang mengandung tanda spektral kuat oksigen dan, terutama, ion silikon yang lebih berat.
Tim Bradshaw, mantan muridnya Shah Mohammad Bahauddin, sekarang dosen penelitian di Laboratory for Atmospheric and Space Physics di Colorado, dan astrofisikawan NASA Amy Winebarger mempelajari citra IRIS yang dapat menyelesaikan detail loop wilayah transisi dan mendeteksi kantong plasma super-panas. Citra memungkinkan mereka menganalisis gerakan dan suhu ion dalam loop melalui cahaya yang mereka pantulkan, dibaca sebagai garis spektral yang berfungsi sebagai “sidik jari” kimia.
“Itu ada di garis emisi di mana semua fisika diimprimi,” kata Bradshaw, dosen associate fisika dan astronomi. “Ide adalah untuk mempelajari bagaimana struktur kecil ini dipanaskan dan berharap dapat mengatakan sesuatu tentang bagaimana korona itu sendiri dipanaskan. Ini mungkin mekanisme yang umum yang beroperasi di seluruh atmosfer matahari.”
Citra mengungkapkan spektrum titik panas di mana garis diperlebar oleh efek termal dan Doppler, menunjukkan tidak hanya elemen yang terlibat dalam nanoflare tetapi juga suhu dan kecepatan mereka. Di titik panas, mereka menemukan jet yang terhubung kembali yang mengandung ion silikon bergerak menuju (blue-shifted) dan menjauhi (red-shifted) pengamat (IRIS) dengan kecepatan hingga 100 kilometer per detik. Tidak ada perpindahan Doppler yang terdeteksi untuk ion oksigen yang lebih ringan.
Peneliti mempelajari dua komponen mekanisme: bagaimana energi keluar dari medan magnet, dan kemudian bagaimana itu sebenarnya memanaskan plasma. Wilayah transisi hanya sekitar 10.000 derajat Fahrenheit, namun konveksi pada permukaan matahari mempengaruhi loop, memutar dan memintal strand magnet tipis yang menyusunnya, dan menambahkan energi ke medan magnet yang pada akhirnya memanaskan plasma, kata Bradshaw. “Observasi IRIS menunjukkan proses itu berlangsung dan kita cukup yakin setidaknya satu jawaban untuk bagian pertama adalah melalui koneksi magnet, di mana jet adalah tanda kunci,” katanya.
Dalam proses itu, medan magnet strand plasma pecah dan terhubung kembali di lokasi pintalan ke dalam keadaan energi lebih rendah, melepaskan energi magnet yang tersimpan. Di tempat ini terjadi, plasma menjadi super-panas. Namun bagaimana plasma dipanaskan oleh energi magnet yang dilepaskan telah menjadi teka-teki hingga saat ini. “Kami melihat wilayah di dalam struktur loop kecil ini di mana koneksi berlangsung dan mengukur garis emisi dari ion, terutama silikon dan oksigen,” katanya. “Kami menemukan garis spektral ion silikon jauh lebih lebar daripada oksigen.”
Itu menunjukkan pemanasan prioritas ion silikon. “Kami perlu menjelaskannya,” kata Bradshaw. “Kami melihat dan memikirkan dan ternyata ada proses kinetik yang disebut pemanasan ion siklotron yang mengutamakan pemanasan ion berat dibandingkan yang lebih ringan.” Katanya gelombang ion sikrottron dihasilkan di lokasi koneksi. Gelombang yang diaruhi oleh ion yang lebih berat lebih rentan terhadap ketidakstabilan yang menyebabkan gelombang “pecah” dan menghasilkan turbulensi, yang menyebarkan dan memenergikan ion. Ini memperlebar garis spektral mereka di luar apa yang dapat diharapkan dari suhu lokal plasma saja. Dalam kasus ion yang lebih ringan, mungkin tidak cukup energi yang tersisa untuk memanaskan mereka. “Jika tidak, mereka tidak melebihi kecepatan kritis yang diperlukan untuk memicu ketidakstabilan, yang lebih cepat untuk ion yang lebih ringan,” katanya.
“Dalam angin solaire, ion yang lebih berat jauh lebih panas daripada ion yang lebih ringan,” kata Bradshaw. “Itu telah diukur secara pasti. Studi kami menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa ini juga merupakan properti wilayah transisi dan mungkin bertahan di seluruh atmosfer karena mekanisme yang telah kami identifikasi, termasuk memanaskan korona matahari, terutama karena angin solaire adalah manifestasi korona yang meluas ke ruang interplanet.”
Pertanyaan berikutnya, kata Bahauddin, adalah apakah fenomena tersebut terjadi dengan tingkat yang sama di seluruh matahari. “Kemungkinan besar jawabannya tidak,” katanya. “Lalu pertanyaannya adalah, seberapa besar kontribusi mereka untuk masalah pemanasan korona? Apakah mereka dapat menyediakan energi yang cukup ke atmosfer atas sehingga dapat memelihara korona multimiliar derajat?”
