Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Những hình ảnh về mặt trời do sứ mệnh IRIS chụp được cho thấy những chi tiết mới về cách các vòng plasma nằm ở vị trí thấp được cung cấp năng lượng và cũng có thể tiết lộ cách tạo ra vầng hào quang nóng.
Một hiện tượng lần đầu tiên được phát hiện trong gió mặt trời có thể giúp giải đáp một bí ẩn lâu đời về mặt trời: tại sao bầu khí quyển của mặt trời lại nóng hơn bề mặt hàng triệu độ.
Hình ảnh từ Máy quang phổ hình ảnh vùng giao diện quỹ đạo Trái đất, hay còn gọi là IRIS, và Hội chụp ảnh khí quyển, hay còn gọi là AIA, cho thấy bằng chứng cho thấy các vòng từ trường thấp được làm nóng đến hàng triệu độ Kelvin.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice, Đại học Colorado Boulder và Trung tâm Chuyến bay Không gian Marshall của NASA đưa ra trường hợp rằng các ion nặng hơn, chẳng hạn như silicon, được ưu tiên đốt nóng trong cả gió mặt trời và trong vùng chuyển tiếp giữa khí quyển và nhật quang của mặt trời.
Ở đó, các vòng cung plasma từ hóa liên tục, không giống như những người anh em họ của chúng trong vầng hào quang ở trên. Chúng nhỏ hơn nhiều và khó phân tích, nhưng từ lâu đã được cho là chứa đựng cơ chế điều khiển từ tính giải phóng các vụ nổ năng lượng dưới dạng các tia nano.
Nhà vật lý năng lượng mặt trời Stephen Bradshaw và các đồng nghiệp của ông cũng nằm trong số những người nghi ngờ nhiều như vậy, nhưng không ai có đủ bằng chứng trước IRIS.
Máy quang phổ bay cao được chế tạo đặc biệt để quan sát vùng chuyển tiếp. Trong nghiên cứu do NASA tài trợ, xuất hiện trên tạp chí Nature Astronomy , các nhà nghiên cứu mô tả “hiện tượng sáng” trong các vòng kết nối lại chứa các dấu hiệu quang phổ mạnh của oxy và đặc biệt là các ion silicon nặng hơn.
Nhóm của Bradshaw, học trò cũ của ông và là tác giả chính của ông Shah Mohammad Bahauddin, hiện là thành viên khoa nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Vật lý Khí quyển và Không gian tại Colorado, và nhà vật lý thiên văn NASA Amy Winebarger đã nghiên cứu hình ảnh IRIS có thể phân giải chi tiết của các vòng vùng chuyển tiếp này và phát hiện túi plasma siêu nóng. Các hình ảnh cho phép họ phân tích chuyển động và nhiệt độ của các ion trong các vòng lặp thông qua ánh sáng mà chúng phát ra, đọc dưới dạng các vạch quang phổ đóng vai trò như “dấu vân tay” hóa học.
Bradshaw, phó giáo sư vật lý và thiên văn học cho biết: “Nó nằm trong các vạch phát xạ, nơi tất cả các vật lý được in dấu. “Ý tưởng là để tìm hiểu cách những cấu trúc nhỏ bé này được đốt nóng và hy vọng sẽ nói lên điều gì đó về cách tự nó bị đốt nóng. Đây có thể là một cơ chế phổ biến hoạt động trong suốt bầu khí quyển mặt trời.”
Các hình ảnh cho thấy quang phổ điểm nóng trong đó các vạch được mở rộng bởi hiệu ứng nhiệt và Doppler, không chỉ cho thấy các nguyên tố liên quan đến các tia nano mà còn cả nhiệt độ và vận tốc của chúng.
Tại các điểm nóng, họ phát hiện thấy các phản lực kết nối lại chứa các ion silicon di chuyển về phía (chuyển dịch màu xanh lam) và ra xa (dịch chuyển màu đỏ) người quan sát (IRIS) với tốc độ lên tới 100 km / giây. Không có sự thay đổi Doppler nào được phát hiện đối với các ion oxy nhẹ hơn.
Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu hai thành phần của cơ chế: cách năng lượng thoát ra khỏi từ trường và sau đó là cách nó thực sự làm nóng plasma.
Vùng chuyển tiếp chỉ khoảng 10.000 độ F, nhưng sự đối lưu trên bề mặt mặt trời ảnh hưởng đến các vòng, xoắn và bện các sợi từ tính mỏng bao gồm chúng, và thêm năng lượng vào từ trường làm nóng plasma, Bradshaw nói. Ông nói: “Các quan sát của IRIS cho thấy quá trình đó đang diễn ra và chúng tôi chắc chắn ít nhất một câu trả lời cho phần đầu tiên là thông qua kết nối lại từ tính, trong đó các máy bay phản lực là một dấu hiệu quan trọng.
Trong quá trình đó, từ trường của các sợi plasma đứt và kết nối lại tại các vị trí bện thành trạng thái năng lượng thấp hơn, giải phóng năng lượng từ trường được lưu trữ. Khi điều này xảy ra, plasma trở nên quá nhiệt.
Nhưng làm thế nào plasma được làm nóng bởi năng lượng từ trường được giải phóng vẫn còn là một câu đố cho đến nay. Ông nói: “Chúng tôi đã xem xét các vùng trong cấu trúc vòng lặp nhỏ này, nơi quá trình kết nối lại đang diễn ra và đo các vạch phát xạ từ các ion, chủ yếu là silicon và oxy. “Chúng tôi nhận thấy các vạch quang phổ của các ion silic rộng hơn nhiều so với ôxy.”
Điều đó cho thấy sự gia nhiệt ưu tiên của các ion silicon. “Chúng tôi cần phải giải thích nó,” Bradshaw nói. “Chúng tôi đã xem xét và suy nghĩ và hóa ra có một quá trình động học được gọi là đốt nóng cyclotron ion ủng hộ việc đốt nóng các ion nặng hơn các ion nhẹ hơn.”
Ông cho biết các sóng cyclotron ion được tạo ra tại các vị trí kết nối lại. Các sóng được mang bởi các ion nặng hơn dễ bị mất ổn định làm cho các sóng bị “phá vỡ” và tạo ra sự hỗn loạn, làm phân tán và cung cấp năng lượng cho các ion. Điều này mở rộng các vạch quang phổ của chúng vượt ra ngoài những gì mong đợi từ nhiệt độ cục bộ của plasma. Trong trường hợp các ion nhẹ hơn, có thể không còn đủ năng lượng để đốt nóng chúng. Ông nói: “Nếu không, chúng không vượt quá vận tốc tới hạn cần thiết để gây ra sự bất ổn định, tức là nhanh hơn đối với các ion nhẹ hơn.”
Bradshaw nói thêm: “Trong gió mặt trời, các ion nặng hơn nóng hơn đáng kể so với các ion nhẹ. “Điều đó đã được đo một cách rõ ràng. Nghiên cứu của chúng tôi lần đầu tiên cho thấy đây cũng là một thuộc tính của vùng chuyển tiếp, và do đó có thể tồn tại trong toàn bộ bầu khí quyển do cơ chế mà chúng tôi đã xác định, bao gồm cả việc đốt nóng hào quang mặt trời, đặc biệt kể từ khi mặt trời gió là biểu hiện của vầng hào quang mở rộng vào không gian liên hành tinh. “
Câu hỏi tiếp theo mà Bahauddin quan tâm là liệu những hiện tượng như vậy có xảy ra với tốc độ như nhau trên khắp mặt trời hay không. “Có lẽ hầu hết câu trả lời là không,” ông chia sẻ. “Sau đó, câu hỏi đặt ra là chúng đóng góp bao nhiêu vào vấn đề đốt nóng tràng hoa? Liệu chúng có thể cung cấp đủ năng lượng cho tầng trên của bầu khí quyển để nó có thể duy trì một vầng hào quang nhiều triệu độ không?”
Những gì mà nhóm của Bahauddin đã thể hiện cho khu vực chuyển tiếp là một giải pháp cho một phần quan trọng của câu đố, nhưng bức tranh lớn đòi hỏi nhiều mảnh hơn phải rơi vào đúng vị trí. Họ tin rằng IRIS sẽ có thể cho các nhà khoa học biết về các mảnh sắc quyển trong tương lai gần. Điều đó sẽ giúp chúng ta xây dựng một lý thuyết thống nhất và toàn cầu về bầu khí quyển của mặt trời.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Đại học Rice cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :