Zašto je sunčeva korona nevjerojatno vruća, mnogo više od same površine Sunca? Ova zagonetka muči znanstvenike već desetljećima. Novo istraživanje sa Sveučilišta Alabama u Huntsvilleu (UAH) moglo bi pružiti ključne odgovore na to pitanje. Syed Ayaz, istraživač s UAH-ovog Centra za istraživanje svemirske plazme i aeronomije (CSPAR), usredotočio se na kinetičke Alfvénove valove kako bi razjasnio ovaj fenomen. Njegova otkrića mogla bi značajno promijeniti naše razumijevanje dinamike sunčeve atmosfere.
Kinetički Alfvénovi valovi, oscilacije iona i magnetskog polja dok se kreću kroz sunčevu plazmu, potencijalno su ključ za razumijevanje visokih temperatura sunčeve korone. Ovi valovi nastaju pokretima u fotosferi, vanjskoj ‘ljusci’ Sunca koja zrači vidljivom svjetlošću. Ayazovo istraživanje koristi inovativne metode za modeliranje energetskih čestica u svemirskoj plazmi, kao što su promatrali sateliti poput Vikinga i Freje, kako bi se odgovorilo na pitanje kako elektromagnetska energija valova, u interakciji s česticama, prelazi u toplinu tijekom procesa gušenja dok se valovi kreću kroz svemir.
“Naše istraživanje proučava perturbirana elektromagnetska polja, Poyntingov vektor toka i brzinu isporuke energije Alfvénovih valova u sunčevoj atmosferi.”
Zagonetka solarne atmosfere: Temperaturne anomalije
Sunčeva korona, ili solarna atmosfera, tajanstveno je područje koje okružuje našu zvijezdu i proteže se daleko izvan vidljivog diska Sunca, do čak 8 milijuna kilometara iznad površine Sunca. No, korona se također odlikuje izuzetno visokim temperaturama, što je misterij koji fascinira astrofizičare gotovo sedamdeset godina. Syed Ayaz, diplomirani istraživački asistent, istražuje ulogu kinetičkih Alfvénovih valova u prijenosu energije i zagrijavanju korone, tajanstvenog sloja Sunčeve atmosfere. Njegova otkrića mogla bi značajno promijeniti naše razumijevanje dinamike sunčeve atmosfere.
“Syed je jedan od naših izvanrednih studenata koji tek započinje svoju istraživačku karijeru,” kaže dr. Gary Zank, direktor CSPAR-a i predsjedavajući odjela za svemirske znanosti pri UAH. “Njegov trajni interes za Alfvénove valove započeo je dok je bio student u Pakistanu, radeći s mentorom, dr. Imranom A. Kahnom, a sada je rezultirao istraživanjem ovih valova na vrlo malim skalama, takozvanom kinetičkom skali u plazmi.”
“Njegov rad pruža važne uvide u kritični problem kako se energija u magnetskom polju pretvara u toplinu plazme sastavljene od nabijenih čestica poput protona i elektrona. Jedan od razloga zašto je Syedov rad važan jest taj što još uvijek ne razumijemo zašto je atmosfera Sunca toplija od 1 milijun stupnjeva, dok je površina Sunca relativno hladna, oko 6.500 stupnjeva.”
Značaj istraživanja
Kinetički Alfvénovi valovi, koji su česti u plazmi koja ispunjava svemir, oscilacije su iona i magnetskog polja dok se kreću kroz solarnu plazmu. Ovi valovi nastaju pokretima u fotosferi, vanjskoj ljusci Sunca koja zrači vidljivom svjetlošću. “Moj primarni interes za ove valove potaknut je lansiranjima misija Parker Solar Probe i Solar Orbitera, koje su postavile ključno pitanje kako se sunčeva korona zagrijava,” kaže Ayaz. “Do sada nijedna svemirska misija nije dala predviđanja o tim fenomenima blizu Sunca, posebno unutar raspona od 0-10 solarnih radijusa. Naš primarni fokus je istražiti zagrijavanje uzrokovano Alfvénovim valovima unutar tih raspona u sunčevoj koroni.”
“Istraživali smo zagrijavanje i razmjenu energije posredovanu tim valovima,” napominje. “Razlog velikog interesa za ove valove leži u njihovoj sposobnosti da prenose energiju. Podaci iz promatranja brojnih svemirskih misija i teorijska istraživanja dosljedno su pokazala da se valovi guše i doprinose zagrijavanju sunčeve korone tijekom svog širenja kroz svemir.”
Zbog ovih jedinstvenih svojstava, valovi pružaju kritičan mehanizam za prijenos energije, što je važno za razumijevanje razmjene energije između elektromagnetskih polja i plazmenih čestica.
“Alfvénovi valovi djeluju na malim kinetičkim skalama i mogu podržavati paralelne fluktuacije električnog i magnetskog polja, omogućujući prijenos energije između polja valova i plazmenih čestica kroz fenomen nazvan Landauove interakcije,” kaže Ayaz. “Ovaj rad koristi i istražuje Landauovo prigušenje, koji se događa kada čestice koje se kreću paralelno s valom imaju brzine usporedive s faznom brzinom vala.”
“Kada čestice stupaju u interakciju s valom, one primaju/gube energiju – što se naziva ‘rezonantnim uvjetom’,” objašnjava Ayaz. “Ovo može rezultirati time da val ili prenosi svoju energiju na čestice ili od njih dobiva energiju, uzrokujući da se čestice guše ili rastu. Naše istraživanje pokazuje da se valovi brzo guše, potpuno prenoseći svoju energiju na plazmene čestice u obliku zagrijavanja. Ovaj prijenos energije ubrzava čestice na većim prostornim udaljenostima, značajno utječući na dinamiku plazme.”
Analitički uvidi dobiveni iz ove studije pronaći će praktičnu primjenu u razumijevanju fenomena unutar sunčeve atmosfere, posebno u osvjetljavanju značajne uloge koju igraju netermalne čestice u procesima zagrijavanja.
