Ha gáztűzhelyen főz, az étel gyorsabban melegszik fel, amikor közelebb van a lánghoz. De a termodinamika látszólag dacolásakor ez nem működik, ha a napról beszél. Miközben a Nap felszíne körülbelül 10 000 fok Fahrenheit, a légkör elérheti egy óriási 9 millió fokot annak külső határain, az úgynevezett koronában, és a tudósok azt kérdezték: "Mi van ezzel?" évtizedek óta.
kapcsolodo tartalom
- Miért volt annyira nyugodt a nap a nap
- A hét képe - Vas a nap koronájában
Most egy franciaországi École Polytechnique csapata úgy gondolja, hogy legalább egy részük van a válaszban. Új számítógépes modellek alkalmazásával azt állítják, hogy a korona félelmetes hőének legfőbb forrása a mágnesesség "mangrove erdője", amely éppen a látott felület alatt fekszik, és amelyet fotoszférának hívnak.
"Mindenki tudja, hogy az energia alulról érkezik, és tudjuk, hogy sok energiáról van szó" - mondja Tahar Amari tanulmányvezető. A kérdés az volt, hogy mi hozza létre ezt az energiát, és hogyan jut el a felszínről a koronába. Itt lép be az új modell, amelyet ezen a héten írtak a Nature- ben.
A nap elsősorban plazmából készül, forró gáz olyan atomokból készül, amelyek elektronjai eltávolítva lettek, és ez töltést hoz létre. Amikor egy ilyen gáz forog, úgy működik, mint egy villamos generátor vagy egy dinamó. Az új modellben a nap plazma létrehozza ezeket a dinamókat, miközben forog és ég. A dinamók viszont mágneses tereket generálnak, amelyek energiát tárolhatnak. Mindez a nap felső 900 mérföldjén történik - a 432 000 mérföldes sugarának egy kis része. A dinamó nem tart sokáig, átlagosan körülbelül nyolc percig, de elegendő, ha néha nagyobb szerkezeteket tudnak táplálni.
Amikor a kapott mágneses terek elforognak, forognak és keresztezik egymást, energiájukat felszabadíthatják egy újracsatlakozásnak nevezett jelenségben. Tegyen két vagy több mezőt egymáshoz közel, és ezeknek a mezőknek a pólusai megpróbálnak új mágneses mezővonalakat létrehozni a legközelebbi szomszédaikkal, átalakítva a mezők alakját a folyamat során. A többlet energia hő, elektromágneses hullámok vagy kinetikus energia formájában kerül kiürítésre, és ez viszont a kromoszférába pumpálódik. A réteg mintegy 1200 mérföldnyire eljut a fényképről egy olyan területre, amely átvált a koronába.
A modell szerint az energiaszint a plazma kitöréseit támasztja alá a kromoszférába, amelyek miatt a hullámok hasonlítanak a levegőn mozgó hanghullámokhoz. Ezeket Alfvén hullámoknak hívják, Hannes Alfvén fizikus után, aki először javasolta létezésüket az 1940-es években. Az Alfvén-hullámok energiája eloszlik a koronában, amely elég melegszik ahhoz, hogy elérje a megfigyelt több millió fokot.
A nap felszínétől kibomló komplex mágneses mező modellje kiemeli a mangrove fák gyökereinek és ágainak hasonlóságát. (Tahar Amari / Thékique fizikai központ. CNN-Ecole Polytechnique.FRANCE) Amari az egész rendszert egy mangrove erdőhöz hasonlítja. Alján vannak a gyökerek, amelyek összekapcsolják a fák törzseit. A fák teteje az, ahol az energia lerakódik. Megjegyezte, hogy ahhoz a koronális melegítéshez, amelyet látunk, kb. 4500 watt van szüksége négyzetméterenként a felszínről, és ezt készíti modellje.
Jelenleg a munka csak számítógépes szimuláció, és még nincs közvetlen módja annak, hogy megfigyeljük, mi történik - mondja Amari. A nap meglévő közvetett megfigyelései azonban modelljének hihetővé teszik. Például úgy tűnik, hogy a koronális hőmérséklet nem változik nagyban a 11 éves napfényes ciklushoz képest. "A napfények érzékenyek a ciklusra - ez a mágneses mező nem" - mondja Amari. A napfoltok mágneses zavarok, amelyek a nap mélyebben gyökerezik, tehát ha a két jelenség nem kapcsolódik egymáshoz, ez alátámasztja Amari modelljét a koronális melegítés viszonylag sekély meghajtójáról.
Egy másik tényező a napenergia tornádók felfedezése, amelyek azt mutatják, hogy egyes jelenségek energiát szállíthatnak a felszínről a kromoszférába és a koronába, megerősítve a modellt. Ezenkívül a napfelület megfigyelései azt mutatják, hogy egyes elemek spektrális vonalai két vagy több komponensre oszlanak, ami akkor történik, ha van egy erős helyi mágneses mező, mint amilyet a modell leír.
Tavaly Jeff Brosius, a NASA Goddard űrrepülési központjának napenergia-fizikusa, a Maryland állambeli Greenbeltben azt javasolta, hogy a nanorángoknak nevezett apró fáklyák felelősek legyenek a koronális melegítésben. A nanoszálakat hatalmas mágneses mezők okozzák, amelyek a koronán keresztül hurcolnak. A mágneses mező vonalai néha kereszteznek, és olyan áramlapokat hoznak létre, amelyek hőként energiát bocsátanak ki.
Noha a két változat sajátosságai különböznek, nem feltétlenül ellentmondásosak. "A nanosüvegek mechanizmusa nyitott kérdés" - mondja Jim Klimchuk, a Goddard kutató-asztrofizikusa, aki egyik kutatásban sem vett részt. "Magában foglalhatja a mágneses mezők újracsatlakozását a koronában (ugyanaz a folyamat, amely Amari mini-kitöréseit okozza a napfelszín alatt, és amely energiájuk nagy részét elhelyezi a kromoszférában), vagy magában foglalhatja a hullámok eloszlását, amelyek Alulról behozták a koronába. Biztos vagyok benne, hogy mindkettő történik. Ez csak az arány kérdése. "
Klimchuk szerint az új modell fontos lépés a bosszantó napenergia rejtély megértésében. "Tudomásom szerint [a kromoszférában kitöréseket okozó dinamikákat] más szimulációkban nem láttak, ezért fontos kidolgozni ennek a viselkedésnek a részleteit, és ellenőrizni, hogy helyes-e" - mondja. "A kromoszférikus és a koronális melegítési problémát nem oldották meg, de ezek az eredmények fontos nyomokat adhatnak a továbblépéshez."
A SZERKESZTŐ MEGJEGYZÉSE: Ezt a cikket frissítettük annak tisztázása érdekében, hogy a dinamikákat már láttuk a napelemes modellekben.
