Das Rätsel des Sonnenregens gelöst: Der Plasmaregen, der in Minuten fällt

Auf der Sonne kommt es zwar wirklicher Niederschlag vor, aber kein Wasser: Es handelt sich um glühende Plasmaströme, die vom Magnetfeld geleitet nach unten absteigen.. Dieses Phänomen, bekannt als Sonnenregen, hatte Forschern aufgrund seiner Schnelligkeit bei Eruptionen jahrelang Rätsel aufgegeben.

Ein Team der Universität von Hawaii hat mit einer Arbeit, die in Das Astrophysikalische Journal, Wo Sie zeigen, dass die chemische Zusammensetzung der Sonnenkorona nicht unverändert bleibt., und dieses Detail verändert das Tempo der Plasmakühlung und -kondensation vollständig.

Was ist Sonnenregen und warum war er überraschend?

Im Gegensatz zum irdischen Regen tritt die solare Version in der Korona auf, der äußerste und sehr heiße Schicht der Sonnenatmosphäre, wo kleine Plasmabereiche abrupt abkühlen, an Dichte zunehmen und mit hoher Geschwindigkeit in tiefere Schichten fallen. Das Rätselhafte daran war, dass anstatt Stunden zu brauchen wie von klassischen Modellen vorhergesagt, Plasma-„Tröpfchen“ erschienen innerhalb von Minuten bei Eruptionen.

Beobachtungen mit Sonnensonden und Teleskopen hatten dieses beschleunigte Verhalten bestätigt, Berechnungen konnten es jedoch nicht reproduzieren. Das Motiv, erklären die Autoren nun, Es wurde von Anfang an angenommen, dass es in seiner Mischung der Elemente homogen und unveränderlich sei, eine Vereinfachung, die bei der Simulation der Realität ihren Tribut forderte.

Das fehlende Stück: eine Krone mit wechselnder Chemie

Der entscheidende Durchbruch besteht darin, dass die Die Häufigkeit der Elemente variiert innerhalb der Simulationen räumlich und zeitlich. Durch die Einführung von Änderungen im Verhältnis der Elemente von niedrige erste Ionisierungsenergie – wie Eisen oder Silizium –, Das Modell zeigt, dass diese Bereiche als äußerst effiziente Heizkörper fungieren. wenn sie an der Spitze der Koronalschleifen konzentriert sind.

Dieser lokale Überschuss an schweren Elementen ermöglicht einen viel schnelleren Energieverlust durch Strahlung als geschätzt, wodurch das Plasma plötzlich abkühlt und kondensiert. Laut dem Team unter der Leitung von Luke Fushimi Benavitz Zusammen mit Jeffrey W. Reep war die Anpassung der Koronachemie der „Schalter“, der es der Simulation ermöglichte, das zu reproduzieren, was in Teleskopen zu sehen ist.

Schritt für Schritt: Vom Blitz zur Plasmakaskade

Alles beginnt mit einem Ausbruch, der die Chromosphäre impulsiv erhitzt., die Schicht unter der Krone. Diese Wärme treibt die sogenannte chromosphärische Verdunstung an: Dichtes Material steigt auf und füllt die magnetischen Schleifen der Korona mit Plasma, dessen Zusammensetzung der der Photosphäre ähnlicher ist.

Oben angekommen, der Fluss konzentriert Elemente wie Eisen und Silizium am höchsten Punkt der SchleifeDiese Ansammlung führt aufgrund ihrer großen Energieabstrahlungskapazität zu einer sehr lokal begrenzten Abkühlung. Der Druck sinkt, die nähere Umgebung liefert mehr Plasma, Die Dichte nimmt zu und es kommt zu einer thermischen Instabilität, die den Prozess beschleunigt.: Das Material kondensiert und innerhalb weniger Minuten beginnen Koronaschauer.

Diese Ereigniskette – Ausbruch, Verdampfung, Anreicherung schwerer Elemente, explosive Abkühlung und Kollaps – passt schließlich zu den Sequenzen, die von Instrumenten zur Überwachung der Sonnenaktivität aufgezeichnet wurden. Für die Autoren: Es ist kein anekdotisches Nebenproduktaber ein wesentlicher dynamischer Prozess der Sonnenatmosphäre.

Auswirkungen auf die Weltraumwettervorhersage

Zu verstehen, wann und wo diese Plasmaschauer entstehen, ist nicht nur ein theoretischer Erfolg. Durch die Verknüpfung von Sonnenschauern mit der Chemie und Dynamik magnetischer Schleifen, Das neue Modell bietet Anhaltspunkte für die Feinabstimmung Weltraumwetterwarnungen, unerlässlich für den Schutz von Satelliten, Kommunikations-, Navigations- und Stromnetzen.

Simulationen, die dem tatsächlichen Verhalten der Krone besser entsprechen ermöglichen eine bessere Vorhersage der Auswirkungen von Eruptionen und koronalen Massenauswürfen. In der Praxis präzisere Warnfenster kann den Unterschied zwischen einer beherrschbaren Störung und einer kostspieligen Unterbrechung kritischer Dienste ausmachen.

Was kommt als nächstes in der Sonnenphysik

Die Studie ermöglicht eine detailliertere Darstellung der Entwicklung der Elementhäufigkeiten in der Korona im Laufe der Zeit und ihrer Verbindung mit der Änderungen des MagnetfeldsDas Team schlägt vor, Modelle und Beobachtungen zu kombinieren, um diese Variationen auf verschiedenen Skalen zu verfolgen.

Instrumente wie das Solar Dynamics Observatory und Missionen, die der Sonne immer näher kommen, wie die Parker Solar Probe, können Echtzeitdaten liefern, mit denen diese Simulationen überprüft und verfeinert werden können. Das Ziel ist Erstellen Sie ein einheitliches Framework, das Eruptionen, Koronachemie und Plasmafallout mit Vorhersagefähigkeiten verbindet.

Mit Diese Arbeit unterzeichnet von Luke Fushimi Benavitz, Jeffrey W. Reep, Lucas A. Tarr und Andy SH To en Das Astrophysikalische Journalhat die Gemeinschaft eine schlüssige Erklärung dafür, warum Sonnenschauer bei Eruptionen so schnell entstehen. Eine weniger gleichmäßige Korona als bisher angenommen erweist sich als Schlüssel zum Verständnis des feurigen Regengusses, der auf unseren Stern fällt.