Atmosfera Słońca może osiągać temperaturę ponad milion stopni Celsjusza, podczas gdy temperatura przy jego powierzchni wynosi około 6 tysięcy stopni. Jak to jest w ogóle możliwe?

Warstwy słoneczne. Autor: Kelvinsong, tłum.: Szczureq

Jądro Słońca osiąga temperaturę około 15 milionów stopni Celsjusza. Temperatura maleje wraz ze wzrostem odległości od centrum, spadając aż do 6 tysięcy stopni przy powierzchni. Logiczny byłby dalszy spadek temperatury w atmosferze Słońca. Jednak tak się nie dzieje i temperatura niespodziewanie rośnie do 10 tysięcy stopni w chromosferze, a w koronie osiąga ponad milion stopni Celsjusza. Jakie źródło energii sprawia, że atmosfera Słońca jest utrzymywana w tak wysokiej temperaturze?

11 czerwca 2015, w czasopiśmie „Nature”, opublikowano badania francuzów, w których dr Tahar Amari wraz z kolegami, symulowali ewolucję części warstw wewnętrznych i zewnętrznych Słońca. Odkryli oni warstwę poniżej powierzchni, która dostarcza odpowiednią ilość energii zdolnej podgrzać atmosferę słoneczną do obserwowanych temperatur.

Powierzchnia Słońca i jego główne pole magnetyczne, za wyjątkiem regionów dużych plam. Autor: Tahar Amari / Centre de Physique Théorique and S. Habbal / M. Druckmüller.

Warstwa ta zachowuje się jak patelnia gotującej wody i uważa się, że to ona generuje na małą skalę pola magnetyczne, które służą jako rezerwa energii. Gdy pole to uwalnia się z gwiazdy, sukcesywnie podgrzewa warstwy atmosfery, przyczyniając się do generowania wiatrów słonecznych. Do niedawna nie potrafiono wyjaśnić tego fenomenu, a tajemnicą był również mechanizm odpowiedzialny za transport energii, z wewnętrznych do zewnętrznych warstw Słońca.

Symulacje komputerowe trwały kilka godzin i oparte były na modelu słonecznym, składającym się z kilku warstw. Kalkulacje ujawniły, że cienka warstwa pod powierzchnią Słońca zachowuje się jak podgrzewana od dołu, płytka patelnia zawierająca gotującą się plazmę i formujące „bąble”. Ta gotująca się zupa generuje proces dynama, który wzmacnia i podtrzymuje pole magnetyczne.

Kompletny model obrazujący płytką patelnię gotującej plazmy w pobliżu powierzchni Słońca, która generuje pole magnetyczne na jego powierzchni (niebieskie/czerwone). Uwalniane pole magnetyczne następnie podgrzewa kolejne warstwy atmosfery słonecznej. Autor: Tahar Amari / Centre de Physique Théorique.

Podgrzewanie atmosfery, zaczynające się w chromosferze, jest rezultatem mikro-erupcji, które przenoszą intensywny prąd elektryczny wraz z bąblami emitowanymi z wrzącej plazmy. Proces erupcji generuje fale magnetyczne, które transportują energię do górnej korony, która jest podgrzewana poprzez jej progresywne rozpraszanie. Kalkulacje pokazały również, że wyrzucana materia spada z powrotem w kierunku powierzchni, generując tornada, które są również obserwowane na Słońcu.

Mechanizm przepływu energii, który symulowali naukowcy, podgrzewa plazmę w tempie pasującym do obserwacji, czyli 4500 W/m² w chromosferze i 300 W/m² w koronie.

Źródło: CNRS