Rektors blogg:

Institutt for teoretisk astrofysikk har fem artikler samt forsidebildet i siste nummer av Science.  Litt av en bragd! Artiklene gjør Solen mindre mystisk enn før.

Solen er vår eneste sjanse til å observere på nært hold fysiske prosesser som også skjer på andre stjerner som er mye lenger unna. Det har vært gjort store fremskritt i forståelsen av hvordan fusjon er drivkraften i Solens kjerne, og av mekanismene som transporterer denne energien til den synlige overflaten, hvor mesteparten av lyset som når oss på Jorden sendes ut fra. Det er imidlertid store uløste spørsmål om hvordan Solens ytre atmosfære, koronaen og heliosfæren, blir drevet og formet. Vi forstår ikke hvorfor eller hvordan temperaturen stiger fra 6000 grader på overflaten av Solen, til millioner av grader i Solens ytre atmosfære, kalt koronaen. Like mystisk er solvinden, en konstant strøm av partikler fra Solen som i høy hastighet fyller rommet rundt Jorden.

Dette er ikke kun akademiske problemstillinger: episodiske voldsomme utbrudd (”CME”s) og eksplosjoner (”flares”) på Solen er årsak til dårlig romvær, som truer elektrisitetsnettet, satellitter og astronauter. Disse eksplosjonene har sitt utspring i forskjellige lag av solatmosfæren og solvinden. Et viktig steg i prosessen med å forstå disse voldsomme hendelsene er å utforske hva som driver solatmosfæren når den er relativt rolig.

I juni 2013 sendte NASA opp romfartøyet Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS), en liten utforskersatellitt. Liten i den forstand at ”Small Explorer” i NASA- programmet betyr en budsjettramme på ca. $100 millioner dollar. IRIS går i bane rundt Jorden med et 20 cm teleskop om bord. IRIS bruker et gitter for å dele Solens lys i nært og fjernt ultrafiolett lys. Ultrafiolett lys fra Solen stammer nemlig hovedsakelig fra de delene av solatmosfæren som kalles kromosfæren og overgangssonen (”transition region”) og som med et fellesord kalles grensesjiktet (”interface region” derav navnet på satellitten).

Ny forskning tyder på at det er her, i overgangen mellom overflate og korona, at svarene til noen av de mest presserende uløste spørsmålene i solfysikk finnes. I spesialutgaven av Science trykkes fem artikler som hver for seg beskriver bruk av bilder og spektra fra IRIS og presenterer viktige fremskritt mot en fullstendig forståelse av hvor solatmosfæren får energien sin fra.

Testa og medforfattere har funnet tydelig tegn på at det er høyenergiske partikler, og ikke vanlig varmeledning, som bærer eksplosjonsenergien fra ”nanoflares” (små eksplosjoner i koronaen) ned til grensesjiktet. Påvisningen av slike partikler er svært spennende da de lenge har vært tenkt som en mulig teoretisk forklaring på koronaoppvarmingen, men ikke tidligere påvist. Partiklene som sendes ut i eksplosjonene utstråler energi når magnetiske feltlinjer som tidligere har vært skilt, kobles sammen (”magnetic reconnection”). En slik kobling innebærer sterke strømmer og hurtig eller eksplosjonsartet oppvarming. Disse resultatene gir føringer på modeller av den hittil dårlig forståtte mekanismen som akselererer partikler til høye energier, en mekanisme som antagelig også kan finnes i mange andre astrofysiske sammenhenger.

Hansteen og medforfattere har funnet små magnetiske løkker i høyoppløste IRIS-bilder av overgangssonen. Disse løkkene finner vi også i avanserte tredimensjonale numeriske modeller laget ved Universitetet i Oslo. Dette løser en rekke problemer knyttet til forståelsen av strålingen fra dette laget. Resultatene gir støtte til det synspunktet at mye av strålingen ikke stammer fra gass i grensesjiktet mellom den varme koronaen og de kjøligere lagene under, men skjer i den nå oppløste «uoppløste finstrukturen». Den nye innsikten fjerner en av de store hindringene i forståelsen av hvordan solatmosfæren er strukturert og åpner dermed veien for å lage bedre modeller av den øvre solatmosfæren.

Peter og medforfattere utnytter mulighetene som høyoppløsningsspektroskopi gir til å vise at solatmosfæren av og til snus på hodet: varm plasma på 100 000 grader er funnet nærmere soloverflaten enn tidligere trodd, i klem mellom kjøligere plasma både under og over. Dette laget blir varmet opp av «bomber» der spleising av magnetiske feltlinjer (”magnetic reconnection”) fører til sterke strømmer og rask oppvarming. Dette overraskende resultatet vil sannsynligvis føre til revurderinger av andre fenomener i den nedre solatmosfæren, som for eksempel de mystiske ”Ellerman-bombene”, som ble oppdaget for mer enn hundre år siden.

De Pontieu og medarbeidere beskriver en kromosfære yrende full av små vridende/slyngende bevegelser, nærmest små virvelstormer. Bevegelsene er knyttet til oppvarming av plasma til overgangssonetemperaturer, til 100 000 grader eller mer. Dette kan være beviset på at solatmosfæren er fylt av Alfvenbølgepulser, bølger som forplanter seg langs det magnetiske feltet i den ytre solatmosfæren. Dette gir støtte til nylig utviklede modeller av dynamikken og oppvarmingen av solatmosfæren.

Tian og medarbeidere finner såkalte jets ved roten av solvinden: Fontener av plasma i høy hastighet som antagelig går gjennom rask oppvarming fra kromosfære- til overgangssonetemperaturer. Disse observasjonene gir støtte til forslag om at koronaen som mater solvinden ikke nødvendigvis fylles ved forsiktig fordampning gjennom hurtig ekspanderede magnetiske ”rør”, men heller eksplosivt ved hjelp av slike kortlivede fontener.

Sammen danner disse forskningsartiklene viktige biter av puslespillet som må legges dersom en skal forstå hvordan Solen former og påvirker heliosfæren. Med solaktivitet på høyt nivå i tiden fremover kan man forvente flere fremskritt fra den avbildende spektrografen om bord IRIS, spesielt med henblikk på eksplosjoner og utbrudd på Solen.

Denne bloggen er basert på tekst som er oversatt og bearbeidet fra en oppsummeringsartikkel i Science skrevet av Bart De Pontieu og Alan Title, Lockheed Martin Solar & Astrophysics Laboratory, Palo Alto, CA, USA, og Mats Carlsson, Institutt for teoretisk astrofysikk, UiO.'

-------------

Les mer på Institutt for teoretisk astrofysikks sider