Solens temperatur, som når omkring 15 miljoner grader Celsius i dess kärna, sjunker stadigt med avståndet från kärnan och sjunker till 6 000 grader Celsius vid dess ”yta”. Logiskt sett borde den därför fortsätta att sjunka i atmosfären. I stället stiger temperaturen till cirka 10 000 °C i kromosfären och överstiger en miljon grader Celsius i koronan. Vilken energikälla kan då värma upp atmosfären och hålla den vid så höga temperaturer? I ungefär ett sekel har denna fråga förbryllat astrofysikerna, särskilt när det gäller ursprunget till den solvind som påverkar jorden.
Och även om det knappast rådde några tvivel om att en del av energin från solens inre nådde de yttre skikten, förblev den exakta mekanismen ett mysterium. Forskarna koncentrerade sig på det småskaliga magnetfältet, som med undantag för solfläckarna har ett ”salt och peppar”-utseende.
Med hjälp av kraftfulla numeriska modeller som körs på datorer vid Centre de Physique Théorique (CNRS/École Polytechnique) och GENCI vid IDRIS-CNRS utförde forskargruppen en simulering under flera timmar, som bygger på en modell som består av flera skikt, ett i solens inre och de andra i dess atmosfär. Forskarna observerade att det tunna skiktet under solens yta i själva verket beter sig snarare som en grund kastrull med kokande plasma, som värms upp underifrån och bildar ”bubblor” i samband med granuler. Denna kokande plasmasoppa genererar en dynamoprocess som förstärker och upprätthåller magnetfältet. När fältet kommer upp från ytan får det ett salt- och pepparliknande utseende och bildar koncentrationer som kallas ”mesospots” som är större, färre i antal och mer beständiga, vilket allt stämmer överens med observationerna.
Forskarna upptäckte också att en struktur som liknar en mangroveskog uppträder runt solens mesospots: trassliga ”kromosfäriska rötter” dyker ner i utrymmena mellan granulerna, och omger ”magnetiska trädstammar” som reser sig upp mot koronan och är förknippade med det storskaliga magnetfältet.
Forskarnas beräkningar visar att i kromosfären är uppvärmningen av atmosfären resultatet av flera mikroutbrott i mangroverötterna som bär intensiv elektrisk ström, i takt med ”bubblorna” från den kokande plasman. De upptäckte också att större men mindre talrika eruptiva händelser äger rum i närheten av mesospots, även om dessa inte kan värma upp den övre koronan i större skala.
Denna eruptiva process genererar ”magnetiska” vågor längs med trädstammarna, ungefär som ljud som färdas längs ett plockat strängband. Dessa vågor transporterar sedan energi till den övre koronan, som värms upp av deras progressiva dissipation. Forskarnas beräkningar visar också att när den utkastade materian faller tillbaka mot ytan bildar den tornados, vilket faktiskt har observerats. Tunna plasmajetstrålar nära trädstammarna produceras också och är förknippade med nyligen upptäckta spikuler. Alla dessa fenomen, som har konstaterats individuellt men inte förklarats, utgör olika energikanaler som produceras av den kokande plasman, snarare än den enda källa som hittills har postulerats.
Forskarna fann att energiflödena i deras mekanismer stämmer överens med de energiflöden som alla studier kräver för att bibehålla plasmatemperaturen i solatmosfären, dvs. 4 500 W/m2 i kromosfären och 300 W/m2 i koronan.
Anteckningar:
1 De magnetiska fältlinjerna är strukturerade som rötter och grenar.
2 Plasma, som ofta kallas för materiens fjärde tillstånd, representerar här en elektriskt ledande vätska.
3 Spikula: en tunn stråle av materia som kommer ut ur kromosfären och går in i korona.