Mysteriet om solregn løst: plasmaskylningen, der falder på få minutter

Der forekommer ægte nedbør på Solen, men ikke vand: De er glødende plasmastrømme, der falder ned, styret af magnetfeltet.. Dette fænomen, kendt som solregn, havde forvirret forskere i årevis på grund af dens hurtighed under udbrud.

Et hold fra University of Hawaii har bragt orden i puslespillet med et værk udgivet i Det astrofysiske tidsskrift, hvor De viser, at den kemiske sammensætning af solkoronaen ikke forbliver fast., og den detalje ændrer fuldstændigt tempoet for plasmakøling og kondensering.

Hvad er solregn, og hvorfor var det overraskende

I modsætning til jordisk regn forekommer solversionen i koronaen, det yderste og meget varme lag af Solens atmosfære, hvor små områder af plasma afkøles brat, øges i densitet og falder ned i lavere lag med høj hastighed. Det gådefulde var, at, i stedet for at bruge timer som forudsagt af klassiske modeller, Plasma-"dråber" dukkede op inden for få minutter under udbrud.

Observationer med solsonder og teleskoper havde bekræftet denne accelererede adfærd, men beregninger gengav den ikke. Grunden, forklarer forfatterne nu, Det er, at det fra starten blev antaget at være homogent og uforanderligt i sin blanding af elementer, en forenkling der krævede sine spor, når man simulerede virkeligheden.

Den manglende brik: en krone med skiftende kemi

Det vigtigste gennembrud kommer i at tillade Elementernes mængde varierer i rum og tid inden for simuleringerneVed at indføre ændringer i andelen af ​​elementer af lav første ioniseringsenergi —som jern eller silicium—, Modellen viser, at disse områder fungerer som ekstremt effektive radiatorer. når de er koncentreret ved toppen af ​​koronalløkkerne.

Det lokale overskud af tunge grundstoffer muliggør et meget hurtigere energitab gennem stråling end anslået, hvilket får plasmaet til at afkøles og kondensere pludselig. Ifølge holdet, ledet af Luke Fushimi Benavitz Sammen med Jeffrey W. Reep var justeringen af ​​koronalkemien den "kontakt", der gjorde det muligt for simuleringen at reproducere det, der ses i teleskoper.

Trin for trin: fra flash til plasmakaskade

Det hele starter med et udbrud, der impulsivt opvarmer kromosfæren., laget placeret under kronen. Den varme driver den såkaldte kromosfæriske fordampningTæt materiale stiger op og fylder koronaens magnetiske sløjfer med plasma, der i sammensætning ligner fotosfærens.

Når man først er på toppen, strømmen koncentrerer elementer som jern og silicium på det højeste punkt i løkkenDenne ophobning, på grund af dens store evne til at udstråle energi, inducerer meget lokal afkøling. Trykket falder, det nærliggende miljø giver mere plasma, Densiteten øges, og termisk ustabilitet udløses, hvilket accelererer processen.Materialet kondenserer, og koronale regnskyl begynder inden for få minutter.

Denne kædereaktion af begivenheder – udbrud, fordampning, berigelse med tunge grundstoffer, eksplosiv afkøling og kollaps – passer endelig med de sekvenser, der er registreret af instrumenter dedikeret til overvågning af solaktivitet. For forfatterne, Det er ikke et anekdotisk biproduktmen en essentiel dynamisk proces i Solens atmosfære.

Implikationer for forudsigelser af rumvejr

At forstå hvornår og hvor disse plasmabyger dannes er ikke blot en teoretisk triumf. Ved at forbinde solbyger med kemien og dynamikken i magnetiske sløjfer, Den nye model giver ledetråde til finjustering Vejrvarsler i rummet, afgørende for at beskytte satellitter, kommunikation, navigation og elnet.

Simuleringer mere tro mod kronens virkelige opførsel muliggør bedre forudsigelse af virkningerne af udbrud og koronale masseudstødningerI praksis, at have mere præcise advarselsvinduer kan gøre forskellen mellem en håndterbar afbrydelse og en dyr afbrydelse af kritiske tjenester.

Hvad er det næste inden for solfysik?

Undersøgelsen åbner døren for en mere detaljeret kortlægning af, hvordan mængden af ​​grundstoffer i koronaen udvikler sig over tid, og hvordan de kobler sig til ændringer i magnetfeltetHoldet foreslår at kombinere modeller og observationer for at spore disse variationer på forskellige skalaer.

Instrumenter som Solar Dynamics Observatory og missioner, der kommer tættere og tættere på Solen, såsom Parker Solar Probe, kan levere realtidsdata, som kan bruges til at verificere og forfine disse simuleringer. Målet er Byg en samlet ramme, der forbinder udbrud, koronal kemi og plasmanedfald med prædiktiv kapacitet.

Med Dette arbejde underskrevet af Luke Fushimi Benavitz, Jeffrey W. Reep, Lucas A. Tarr og Andy SH To en Det astrofysiske tidsskrift, har samfundet en sammenhængende forklaring på, hvorfor solbyger opstår så hurtigt under udbrud. En mindre ensartet korona end tidligere antaget viser sig at være nøglen til at forstå den voldsomme regn, der falder på vores stjerne.