Hvorfor er det varmest ytterst i solens atmosfære?

Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.

Til venstre ser vi en småskala, ujevn struktur på solen som solfysikere kaller «mose». Bildet til høyre viser et detaljert landskap av de kjøligere røttene til mosen. (Illustrasjon: NASA / Bose et al 2024)

Solens ytterste lag er faktisk varmere enn alle de andre lagene til sammen. Nå er solforskerne nærmere et svar på hvorfor det er slik.

Det er en sammenheng mellom oppvarmingen rundt solflekker i kromosfæren og koronaen, og de høye temperaturene i disse lagene.

Solfysikerne Souvik Bose, Bart De Pontieu og Viggo Hansteen har koblet observasjoner fra kromosfæren og koronaen med maskinlæring. 

Dette har brakt dem nærmere en løsning på det store spørsmålet: Hvorfor er det varmere rundt sola enn på overflaten?

Ny forklaringsmodell

Souvik Bose forklarer at de har brukt høyoppløselige observasjoner fra to lag i solens atmosfære, kromosfæren og koronaen for å lage matematiske beregninger som viser simuleringer. 

Forskerne hentet sol-data fra romteleskopet IRIS og fra en sonderakett som studerer solens atmosfære. En sonderakett kan måle stråling, partikkelstrømmer og magnetiske felt.

Solforskerne benytter den såkalte bifrost-koden. Med den kan de modellere komplekse magnetiske og hydrodynamiske prosesser som finner sted i solens atmosfære.

– Bifrost-koden er designet for å modellere de ytre lagene av solatmosfæren og inkluderer all relevant fysikk som trengs for å tolke observasjonene, forklarer Viggo Hansteen.

Med dette kan de ha løst en del av gåten som har forundret forskere de siste 25 årene:

• Solens kjerne holder rundt 15 millioner grader celsius.
• Det kaldeste laget, rett over fotosfæren, måler rundt 4.100 grader.
• Temperaturen stiger til 10.000 grader i kromosfæren.

I det ytterste laget, koronaen, er temperaturen over 1 million grader. I enkelte områder kan den stige til over 10 millioner grader.

«Mose» på solen

Solforskere bruker begrepet «moss» eller «mose» på norsk, for å beskrive lyse, flekkete områder i solens atmosfære, spesielt i overgangen mellom kromosfæren og koronaen. 

Disse områdene oppstår på grunn av oppvarming fra magnetiske prosesser. De gir også forskerne viktig informasjon om hvordan energi beveger seg og frigjøres i solens atmosfære.

Souvik Bose forklarer at den fysiske mekanismen som varmer opp slike områder rundt aktive, sterke magnetfelt på solen til ekstremt høye temperaturer, kan ligge til grunn for oppvarmingen. 

Han understreker at det fortsatt er usikkert hvor utbredt denne mekanismen er i andre områder på solen. Forskerne er uansett glade for at arbeidet deres bidrar til løsningen på gåten om solens korona.

– Fremtidige høyoppløselige observasjoner fra det kommende NASA MUlti-Slit Solar Explorer, MUSE, vil være nødvendige for å fullt ut forstå hvordan koronaen og mosen blir oppvarmet, sier Bose.

Forskere bidrar til dette nye romfartøyet.

Oppdaget magnetfelt

Forskerne oppdaget flere små, moselignende flekker rundt solflekkene på solen. Alle disse områder har ekstra sterke, nesten usynlige magnetfelt. 

Magnetfeltene genererer elektriske strømmer som tilfører ekstra oppvarming til gassen rundt dem, i tillegg til varmen som allerede strømmer fra den overliggende koronaen. 

Dette kan forklare hvorfor mosen rundt solflekkene blir mye varmere enn solens overflate, en utfordring som har vært vanskelig å forstå på grunn av den ekstreme varmen.

Ifølge Souvik Bose og Viggo Hansteen stemmer resultatene godt overens med simuleringer og gir et dyptgående innblikk i varmemekanismens natur i aktive solområder. 

Forskerne sier at denne oppdagelsen bidrar til å forklare hvorfor solens ytre atmosfære, koronaen, er så mye varmere enn selve soloverflaten. 

Referanse:

Souvik Bose, Viggo Hansteen mfl.: Chromospheric and coronal heating in an active region plage by dissipation of currents from braiding. Nature Astronomy, 2024. Doi.org/10.1038/s41550-024-02241-8