De temperatuur van de zon, die in de kern ongeveer 15 miljoen graden Celsius bereikt, neemt gestaag af met de afstand tot de kern en daalt aan het ‘oppervlak’ tot 6000°C. Logischerwijs zou de temperatuur dus in de atmosfeer moeten blijven dalen. In plaats daarvan stijgt hij tot ongeveer 10.000°C in de chromosfeer, en tot meer dan een miljoen graden Celsius in de corona. Welke energiebron kan de atmosfeer dan verwarmen en op zo’n hoge temperatuur houden? Ongeveer een eeuw lang heeft deze vraag astrofysici voor een raadsel gesteld, temeer daar zij betrekking heeft op de oorsprong van de zonnewind die de aarde treft.
Hoewel er weinig twijfel over bestond dat een deel van de energie van het inwendige van de zon de buitenlagen bereikte, bleef het precieze mechanisme een mysterie. De onderzoekers concentreerden zich op het magnetische veld op kleine schaal, dat er, met uitzondering van de zonnevlekken, “zout en peper” uitziet.
Met behulp van krachtige numerieke modellen op computers van het Centre de Physique Théorique (CNRS/École Polytechnique) en GENCI van IDRIS-CNRS, voerde het team gedurende enkele uren een simulatie uit op basis van een model dat uit verschillende lagen bestaat, één binnenin de zon en de andere in de atmosfeer. De onderzoekers stelden vast dat de dunne laag onder het oppervlak van de zon zich in feite gedraagt als een ondiepe pan met kokend plasma, dat van onderen wordt verhit en “bellen” vormt die samenhangen met korrels. Deze kokende plasmasoep genereert een dynamo-proces dat het magnetisch veld versterkt en in stand houdt. Naarmate het veld aan het oppervlak opkomt, neemt het een zout-en-peperachtig uiterlijk aan en vormt het concentraties die ‘mesospots’ worden genoemd en die groter, minder talrijk en persistenter zijn, wat allemaal consistent is met waarnemingen.
De wetenschappers ontdekten ook dat een structuur die lijkt op een mangrovebos verschijnt rond de zonnemesospots: verwarde ‘chromosferische wortels’ duiken in de ruimten tussen de korrels, en omringen ‘magnetische boomstammen’ die oprijzen in de richting van de corona en geassocieerd zijn met het grootschaligere magnetisch veld.
De berekeningen van de onderzoekers tonen aan dat in de chromosfeer de verhitting van de atmosfeer het gevolg is van meervoudige micro-erupties in de mangrovewortels die intense elektrische stroom voeren, in gelijke tred met de ‘bellen’ uit het kokende plasma. Zij ontdekten ook dat grotere maar minder talrijke eruptieve gebeurtenissen plaatsvinden in de buurt van de mesospots, hoewel deze niet in staat zijn de bovenste corona op grotere schaal te verwarmen.
Dit eruptieve proces genereert ‘magnetische’ golven langs de boomstammen, ongeveer zoals geluid dat langs een getokkelde snaar beweegt. Deze golven transporteren vervolgens energie naar de bovenste corona, die wordt verwarmd door hun geleidelijke dissipatie. De berekeningen van de wetenschappers tonen ook aan dat wanneer de uitgeworpen materie terugvalt naar het oppervlak, tornado’s worden gevormd, die ook daadwerkelijk zijn waargenomen. Er worden ook dunne plasmastralen in de buurt van de boomstammen geproduceerd, die in verband worden gebracht met de onlangs ontdekte spicules. Al deze verschijnselen, die afzonderlijk zijn vastgesteld maar niet verklaard, vormen verschillende energiekanalen die door het kokende plasma worden geproduceerd, in plaats van de enkele bron die tot nu toe werd gepostuleerd.
De onderzoekers stelden vast dat de energiefluxen van hun mechanismen overeenkomen met die welke in alle studies worden vereist om de temperatuur van het plasma in de zonneatmosfeer te handhaven, namelijk 4.500 W/m2 in de chromosfeer en 300 W/m2 in de corona.
Noten:
1 De magnetische veldlijnen zijn gestructureerd als wortels en takken.
2 Plasma, vaak de vierde toestand van materie genoemd, staat hier voor een elektrisch geleidende vloeistof.
3 Spicule: een dunne straal materie die uit de chromosfeer komt en de corona binnentreedt.