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Perché l’atmosfera del sole è centinaia di volte più calda della sua superficie

Credito: Mongta Studio / Shutterstock

La superficie visibile del sole, o Fotosfera, Circa 6000 ° C. Ma a poche migliaia di chilometri di distanza – una piccola distanza se pensiamo alle dimensioni del Sole – l’eliosfera, chiamata anche L’auraCentinaia di volte più calde, a 1 milione di gradi Celsius o più.


Questo aumento di temperatura si osserva, nonostante la crescente distanza dalla principale fonte di energia del Sole, nella maggior parte delle stelle, e rappresenta Un puzzle essenziale Su quali astrofisici hanno riflettuto per decenni.

Nel 1942, lo scienziato svedese Hannes Alfvén Suggerisci una spiegazione. Si presumeva che le onde di plasma magnetizzate potessero trasportare enormi quantità di energia Il campo magnetico del sole Dall’interno alla corona, bypassando la fotosfera prima di esplodere con il calore nell’atmosfera superiore del sole.

La teoria è stata accettata in linea di principio, ma dobbiamo ancora dimostrare, sotto forma di un’osservazione sperimentale, che queste onde esistono. Il nostro recente studio Alla fine ci riesce, convalidando la teoria di Alvin di 80 anni e facendoci un passo avanti per sfruttare questo fenomeno ad alta energia qui sulla Terra.

Domande urgenti

Il Problema di riscaldamento coronale È stata fondata alla fine degli anni ’30, quando lo spettrofotologo svedese Bengt Edlin e l’astrofisico tedesco Walter Grüterian osservarono per la prima volta fenomeni nella corona solare che potevano esistere solo se la sua temperatura fosse stata Qualche milione di gradi Celsius.

Questo rappresenta temperature fino a 1.000 volte più calde della fotosfera sottostante, che è la superficie del Sole che possiamo vedere dalla Terra. Stimare la temperatura della fotosfera è sempre stato relativamente semplice: ne abbiamo solo bisogno Misurazione della luce Ci raggiunge dal sole e lo confronta con i modelli dello spettro che prevedono la temperatura della sorgente luminosa.

Uno dei problemi più confusi in astrofisica è il calore estremo della corona.

In molti decenni di studio, la temperatura della fotosfera è stata staticamente stimata intorno ai 6000 ° C. Edlin e Grotrian scoprono che la corona del Sole è molto più calda della fotosfera, nonostante sia più lontana Il nucleo del sole, La sua ultima fonte di energia – ha causato molto sconcerto nella comunità scientifica.

Gli scienziati hanno esaminato le proprietà del sole per spiegare questa disparità. Il sole è composto quasi interamente da plasma, un gas altamente ionizzato che trasporta una carica elettrica. Il movimento di questo plasma in Zona di convezioneLa parte superiore dell’interno del Sole – produce enormi correnti elettriche e Forti campi magnetici.

Questi campi vengono quindi estratti dall’interno del Sole per convezione e ammassati sulla sua superficie visibile in una forma Macchie solari scure, Che sono gruppi di campi magnetici che possono formare una varietà di strutture magnetiche in Eliosfera.

È qui che entra in gioco la teoria di Alvin. Ha concluso che all’interno del plasma magnetizzato del sole, qualsiasi movimento di massa di particelle caricate elettricamente disturberebbe il campo magnetico, creando onde che potrebbero trasportare enormi quantità di energia su vaste distanze, dalla superficie del sole alla sua atmosfera superiore. Il calore viene trasmesso lungo il cosiddetto Tubi di flusso magnetico solare Prima che esploda nella corona, produce una temperatura elevata.

Queste onde magnetiche al plasma sono ora chiamate onde di Alfvén e il loro ruolo nella spiegazione del riscaldamento coronale ha portato Alfvén ad essere premiato. Premio Nobel per la Fisica 1970.

Guarda le onde di Alvin

Tuttavia, rimaneva il problema di monitorare effettivamente queste onde. Ci sono così tanti eventi che si verificano sulla superficie e nell’atmosfera del Sole – da fenomeni che sono molte volte più grandi della Terra a sottili cambiamenti al di sotto della risoluzione dei nostri strumenti – che la prova diretta dell’osservazione delle onde di Alfvén nella fotosfera non è mai stata raggiunta prima.

L'atmosfera del Sole è centinaia di volte più calda della sua superficie, motivo per cui

Le macchie solari sono macchie scure sulla superficie del sole. Credito: Siberian Art / Shutterstock

Ma i recenti progressi nella strumentazione hanno aperto una nuova finestra in cui possiamo studiare la fisica solare. Uno di questi strumenti è Spettrofotometro interferometro bidimensionale (IBIS) per l’imaging, installata presso il Den Solar Telescope nel New Mexico, USA. Questo strumento ci ha permesso di effettuare osservazioni e misurazioni più dettagliate del sole.

Insieme a buone condizioni di visione, simulazioni al computer avanzate e gli sforzi di un team internazionale di scienziati di sette persone E istituti di ricerca, Abbiamo usato IBIS per Infine confermaPer la prima volta, le onde ffin sono state trovate nei tubi di flusso magnetico solare.

Nuova fonte di energia

La rilevazione diretta delle onde di Alfvén nell’eliosfera è un passo importante per sfruttare il suo alto potenziale energetico qui sulla Terra. Possono aiutarci con la tua ricerca Fusione nucleareAd esempio, un processo in corso Dentro il sole Implica la conversione di piccole quantità di materia in enormi quantità di energia. Vengono utilizzate le nostre attuali centrali nucleari Fissione nucleare, Che i critici sostengono crea scorie nucleari pericolose, in particolare in caso di disastri tra cui quello verificatosi a Fukushima nel 2011.

Crea energia pulita ripetendo Fusione nucleare Il Sole sulla Terra è ancora una sfida enorme, perché abbiamo ancora bisogno di generare rapidamente 100 milioni di gradi Celsius affinché avvenga una fusione. Duemila onde potrebbero essere un modo per farlo. La nostra maggiore conoscenza del sole mostra che è certamente possibile, nelle giuste condizioni.

Ci aspettiamo anche un maggiore rilevamento solare presto, grazie a missioni e strumenti nuovi e pionieristici. Agenzia spaziale europea Satellite in orbita solare Ora è in orbita attorno al sole, fornendo immagini e misurando le regioni polari sconosciute della stella. Sulla terraferma, ha svelato una nuova performance di alto livello Telescopi solari Ci si aspetta che le nostre osservazioni del Sole si rafforzino anche dalla Terra.

Con molti dei segreti del sole ancora da scoprire, comprese le proprietà del sole campo magneticoQuesto è un momento entusiasmante per gli studi sulla luce solare. La nostra scoperta delle onde di Alfen è solo un contributo a un campo più ampio che cerca di svelare i rimanenti misteri del Sole per applicazioni pratiche sulla Terra.


Gli scienziati osservano emozionanti onde magnetiche che agiscono nella fotosfera del sole


Introduzione di
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la citazione: Perché l’atmosfera del Sole è centinaia di volte più calda della sua superficie (2021, 25 maggio), Estratto il 25 maggio 2021 da https://phys.org/news/2021-05-sun-atmosphere-hundreds-hotter-surface. html

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