Temperatura Słońca, która w jego jądrze osiąga około 15 milionów stopni Celsjusza, systematycznie maleje wraz z odległością od jądra, spadając do 6000°C na jego „powierzchni”. Logicznie rzecz biorąc, powinna więc nadal spadać w atmosferze. Zamiast tego wzrasta do około 10 000°C w chromosferze, a w koronie przekracza milion stopni Celsjusza. Jakie więc źródło energii może ogrzać atmosferę i utrzymać ją w tak wysokich temperaturach? Przez około sto lat pytanie to zastanawiało astrofizyków, tym bardziej, że dotyczy pochodzenia wiatru słonecznego, który oddziałuje na Ziemię.
Ale choć nie było wątpliwości, że część energii z wnętrza Słońca dociera do jego zewnętrznych warstw, dokładny mechanizm pozostawał tajemnicą. Badacze skoncentrowali się na polu magnetycznym w małej skali, które, z wyjątkiem plam słonecznych, ma wygląd „solno-pieprzny”.
Używając potężnych modeli numerycznych uruchomionych na komputerach w Centre de Physique Théorique (CNRS/École Polytechnique) i GENCI w IDRIS-CNRS, zespół przeprowadził kilkugodzinną symulację, opartą na modelu składającym się z kilku warstw, jednej wewnątrz Słońca i innych w jego atmosferze. Badacze zaobserwowali, że cienka warstwa pod powierzchnią Słońca zachowuje się raczej jak płytka patelnia zawierająca wrzącą plazmę, podgrzewaną od spodu i tworzącą „bąbelki” związane z granulkami. Ta wrząca zupa plazmowa generuje proces dynamo, który wzmacnia i utrzymuje pole magnetyczne. Gdy pole wyłania się z powierzchni, nabiera słono-perłowego wyglądu, tworząc skupiska zwane „mezospotami”, które są większe, mniej liczne i bardziej trwałe, co jest zgodne z obserwacjami.
Naukowcy odkryli również, że wokół słonecznych mezospotów pojawia się struktura przypominająca las namorzynowy: splątane „korzenie chromosferyczne” zagłębiają się w przestrzenie pomiędzy granulkami, otaczając „magnetyczne pnie drzew”, które wznoszą się w kierunku korony i są związane z wielkoskalowym polem magnetycznym.
Obliczenia naukowców pokazują, że w chromosferze ogrzewanie atmosfery wynika z wielokrotnych mikro-erupcji w korzeniach namorzynowych, które przenoszą intensywny prąd elektryczny, w tempie „bąbelków” z gotującej się plazmy. Odkryli oni również, że większe, ale mniej liczne erupcje mają miejsce w sąsiedztwie mezospotów, chociaż nie są one w stanie ogrzać górnej korony na większą skalę.
Ten proces erupcyjny generuje fale „magnetyczne” wzdłuż pni drzew, raczej jak dźwięk podróżujący wzdłuż szarpanej struny. Fale te następnie transportują energię do górnej korony, która jest ogrzewana przez ich stopniowe rozpraszanie. Z obliczeń naukowców wynika również, że wyrzucana materia opadając z powrotem ku powierzchni tworzy tornada, które rzeczywiście zostały zaobserwowane. W pobliżu pni drzew powstają również cienkie strumienie plazmy, które są związane z niedawno odkrytymi spiculami. Wszystkie te zjawiska, które zostały stwierdzone indywidualnie, ale nie wyjaśnione, składają się na różne kanały energetyczne wytwarzane przez wrzącą plazmę, a nie na pojedyncze źródło, które dotychczas postulowano.
Badacze stwierdzili, że strumienie energii ich mechanizmów odpowiadają tym wymaganym przez wszystkie badania do utrzymania temperatury plazmy w atmosferze słonecznej, czyli 4500 W/m2 w chromosferze i 300 W/m2 w koronie.
Notatki:
1 Linie pola magnetycznego są zbudowane jak korzenie i gałęzie.
2 Plazma, często nazywana czwartym stanem materii, tutaj reprezentuje elektrycznie przewodzący płyn.
3 Spicule: cienki strumień materii, który wyłania się z chromosfery i wchodzi do korony.
2.