태양의 가장 차가운 흑점이 어떻게 백만 도의 코로나를 몰아내는가

의 데이터로[{” attribute=””>Big Bear Solar Observatory’s Goode Solar Telescope, researchers discover intense wave energy in the coldest region on the Sun, the sunspot umbra, which is driving puzzling temperatures in the star’s upper atmosphere.

Nearly five thousand kilometers above the Sun’s surface lies a century-old question for solar physicists — how are temperatures in the star’s upper atmosphere, or corona, hundreds of times hotter than temperatures at the Sun’s visible surface?

An international team of scientists has a new answer to the question — commonly referred to as the Sun’s coronal heating problem — with new observational data obtained with the 1.6-meter Goode Solar Telescope (GST) at Big Bear Solar Observatory (BBSO), operated by NJIT’s Center for Solar Terrestrial Research (CSTR).

In a study published recently in the journal Nature Astronomy, researchers have unveiled the discovery of intense wave energy from a relatively cool, dark and strongly magnetized plasma region on the Sun, capable of traversing the solar atmosphere and maintaining temperatures of a million degrees Kelvin inside the corona.

Extreme ultra-violet emission by solar coronal plasma at millions of degrees. Credit: Atmospheric Imaging Assembly (AIA) on board NASA’s Solar Dynamics Observatory (SDO) spacecraft

Researchers say the finding is the latest key to unraveling a host of related mysteries pertaining to Earth’s nearest star.

“The coronal heating problem is one of the biggest mysteries in solar physics research. It has existed for nearly a century,” said Wenda Cao, BBSO director and NJIT physics professor who is co-author of the study. “With this study, we have fresh answers to this problem, which may be key to untangling many confusing questions in energy transportation and dissipation in the solar atmosphere, as well as the nature of space weather.”

Using GST’s unique imaging capabilities, the team led by Yuan Ding was able to initially capture transverse oscillations in the darkest and coldest region on the Sun, called the sunspot umbra.

Such dark sunspot regions can form as the star’s strong magnetic field suppresses thermal conduction and hinders the energy supply from the hotter interior to the visible surface (or photosphere), where temperatures reach roughly 5,000 degrees Celsius.

흑점의 접선 운동에 대한 고해상도 관측을 보여주는 비디오. 출처: NJIT-BBSO, Yuan et al., Nature Astronomy, 2023

조사를 위해 팀은 2015년 7월 14일 BBSO의 GST에 의해 기록된 활성 태양 흑점에서 감지된 몇 가지 어두운 특징과 관련된 활동을 측정했습니다. 여기에는 자기장이 6,000배 이상 강한 흑점 그림자 내 플라즈마 섬유의 접선 진동 운동이 포함됩니다. 지구인들보다.

NJIT-CSTR 태양 물리학 연구 교수이자 BBSO 선임 과학자인 Vasyl Yurchyshyn은 “섬유는 전형적인 높이 500-1,000km, 너비 약 100km의 원추형 구조로 나타납니다. “생후 2~3분이며 ​​자기장이 가장 강한 그림자의 가장 어두운 부분 내 같은 위치에 다시 나타나는 경향이 있습니다.”

“이 어두운 동적 섬유는 태양 그림자 지역에서 오랫동안 관찰되었지만 우리 팀은 처음으로 빠른 파도의 징후인 측면 진동을 감지할 수 있었습니다.”라고 Cao는 말했습니다. “강자화 섬유의 이러한 연속적이고 유비쿼터스 횡파는 수직으로 긴 자기 채널을 통해 위쪽으로 에너지를 가져오고 태양의 상부 대기 가열에 기여합니다.”

우리 태양의 해부학. 크레딧: ESA

이 파동의 수치 시뮬레이션을 통해 팀은 전달된 에너지가 태양 상부 대기의 활성 영역 플라즈마의 에너지 손실보다 수천 배 더 강력할 수 있다고 추정합니다. 유지하기 위해 필요합니다. 뜨거운 플라즈마 온도는 코로나에서 상승합니다.

Jurcheshin은 “태양의 모든 곳에서 다양한 파동이 관찰되었지만 일반적으로 에너지가 너무 낮아 코로나를 가열할 수 없습니다.”라고 말했습니다. “흑점에서 감지된 빠른 파동은 흑점 위의 코로나 가열을 담당할 수 있는 영구적이고 효율적인 에너지원입니다.”

연구원들은 현재 새로운 발견이 태양 흑점에 대한 우리의 관점을 혁신적으로 변화시켰을 뿐만 아니라 태양 코로나의 에너지 전달 및 가열 과정에 대한 물리학자들의 이해를 발전시키는 또 다른 중요한 단계를 제공한다고 말합니다.

그러나 코로나 가열 문제에 대한 질문은 여전히 ​​남아 있습니다.

“이러한 발견은 수수께끼를 풀기 위한 한 걸음 앞으로 나아가는 것이지만, 흑점에서 나가는 에너지 플럭스는 흑점에 뿌리를 둔 고리를 가열하는 데만 책임이 있을 수 있습니다.”라고 Kao는 말했습니다. 한편, 여전히 설명을 기다리고 있는 뜨거운 코로나 고리와 관련된 다른 흑점이 없는 지역이 있습니다. 우리는 GST/BBSO가 우리 별에 대한 더 많은 미스터리를 풀기 위해 최고 해상도의 관측 증거를 계속 제공할 것으로 기대합니다.”

참조: Ding Yuan, Libo Fu, Wenda Cao, Bajij Koma, Michel Gerets 및 Juan C. Miao, Song Feng, Xishang Feng, Carlos Quintero Noda, Basilio Ruiz Cobo 및 Jiangtao Su, 2023년 5월 25일, 자연 천문학.
DOI: 10.1038/s41550-023-01973-3