Miért forróbb a Nap koronája, mint a felszíne? Laborban hoztak létre apró napkitöréseket
A Nap felszíne néhány ezer fokos, a koronája viszont meghaladhatja az egymillió fokot. Kínai kutatók lézerrel hoztak létre apró, mágneses átkapcsolódással fűtött kitöréseket, ami egy lehetséges magyarázatot ad a rejtélyre, de még nem végleges választ.
Ha eltávolodunk egy tűztől, hűvösebb lesz. A Napnál azonban furcsa dolog történik: a látható felszíne a források szerint nagyjából 5500–6000 Celsius-fokos, a külső légköre, a napkorona viszont meghaladhatja az egymillió fokot. Hogy honnan jön a különbséghez szükséges energia, azon a kutatók évtizedek óta gondolkodnak. Kínai kutatók most laboratóriumban mutattak be egy folyamatot, amely a ScienceAlert összefoglalója szerint a korona hőjének egy részét megmagyarázhatja. Ez egy lehetséges magyarázat, nem a rejtély végleges megoldása.
Mi a rejtély?
A ScienceAlert szerint a Nap külső légköre több százszor forróbb, mint a látható felszíne. A korona vékony réteg, és a kutatók régóta keresik, mi tartja ilyen forrón. Az egyik feltételezés szerint számtalan apró kitörés, úgynevezett nanofler együttesen segíthet fenntartani a korona hőmérsékletét.
A mostani kísérlet a ScienceAlert szerint ezeknek a kis energiafelszabadulásoknak egy lehetséges kiváltó okát vizsgálta. A kutatócsoport tagja volt Wei Sun, a Kínai Atomenergia Intézet kutatója és Yongli Ping, a Pekingi Tanárképző Egyetem kutatója. Az eredményeket a Physical Review Letters folyóiratban közölték.
Plazma és mágneses mezők
A Nap anyaga plazma, vagyis elektromosan töltött részecskéket tartalmazó halmazállapotú anyag, amelyet mágneses mezők járnak át. A ScienceAlert magyarázata szerint amikor ellentétes irányú mezők találkoznak, és megváltoznak a kapcsolódásaik, a bennük tárolt energia felszabadulhat, és felmelegítheti a részecskéket. Ezt a folyamatot mágneses átkapcsolódásnak, angolul magnetic reconnectionnek nevezik.
A kérdés az, hogyan kerülhetnek egymás mellé az ellentétes irányú mezők. A kínai kutatók erre kerestek választ.
A lézeres kísérlet
A kutatók a sanghaji Shenguang-II lézerberendezésnél négy, egymást átfedő lézernyalábot lőttek egy finoman hullámos felületű műanyag célpontra. Az impulzusok a ScienceAlert szerint egymilliárdod másodpercig tartottak, és a célpont anyagát plazmává alakították.
Amikor a plazma a sokkal kisebb sűrűségű környező levegőbe tágult és lelassult, a határfelületen lévő hullámok ujjszerű és gombaformájú alakzatokká nőttek. Ezt a jelenséget Rayleigh–Taylor-instabilitásnak nevezik.
A plazma közben saját mágneses mezőket is létrehozott az ujjszerű alakzatok körül, és a szomszédos alakzatok ellentétes irányú mezőt hordoztak. A számítógépes szimulációk azt mutatták, hogy a táguló „ujjak” összetolták ezeket a mezőket, így azok átkapcsolódhattak, és felmelegítették a környező plazmát. Az Index összefoglalója ezeket az apró energiafelszabadulásokat a napbéli nanoflerekkel állította párhuzamba.
Mennyivel lett forróbb?
Összehasonlításként a kutatók egy sima felületű műanyag célponttal is elvégezték a kísérletet. Ez egyenletesebb plazmaáramlást hozott létre, az ujjszerű alakzatok nélkül.
A plazma által kibocsátott röntgensugárzás elemzéséből megbecsülték a benne lévő elektronok hőmérsékletét. A ScienceAlert szerint a hullámos célpontnál az elektronok csúcshőmérséklete nagyjából 820 ezer Celsius-foknak felelt meg, a sima célpontnál mért érték pedig nagyjából ennek a fele volt. Vagyis a hullámos célponttal a csúcshőmérséklet közel kétszerese lett a sima célpontos változaténak.
Egy külön számítógépes szimulációban a kutatók megakadályozták, hogy mágneses mezők alakuljanak ki. Ekkor a többletmelegedés nagyrészt eltűnt, ami a ScienceAlert szerint tovább erősíti, hogy a mágneses mezőknek szerepük van a melegedésben.
Mi köze ennek a Naphoz?
A ScienceAlert szerint a Napon hasonló körülmények alakulhatnak ki ott, ahol viszonylag hideg, sűrű plazma hullik vissza a környező légkörön keresztül. Ezt a jelenséget koronális esőnek nevezik. A visszahulló plazma olyan határfelületeket hozhat létre, ahol ugyanez az instabilitás kialakulhat.
A kísérlet így olyan folyamatok vizsgálatát teszi lehetővé, amelyek túl kicsik és túl gyorsak ahhoz, hogy a Napon tisztán megfigyelhetők legyenek. A kutatók a ScienceAlert szerint így vizsgálhatják, milyen körülmények hozzák össze a mágneses mezőket, és mennyire hatékonyan melegíti a felszabaduló energia a plazmát.
Mit látnak az űreszközök?
A ScienceAlert cikke két NASA-megfigyelést is felidéz a jelenség hátteréhez. A NASA Solar Dynamics Observatory (SDO) napfigyelő űrszondája 2012 júliusában olyan koronális esőt rögzített, amelyben a lehűlő plazma a mágneses erővonalak mentén hullott vissza a Nap felé. A NASA IRIS küldetése pedig apró plazmakilövelléseket figyelt meg, amelyek a ScienceAlert szerint támpontot adnak ahhoz, hogyan fűtheti a mágneses átkapcsolódás a Nap külső légkörét.
Ezt is olvasd el: A 364 napos év csapdája: miért szorulhatott háttérbe a qumráni naptár?
Ezek a megfigyelések a laborkísérlet szempontjából azért érdekesek, mert a koronális eső a kutatók feltételezése szerint éppen az a helyzet, ahol a kísérletben látott instabilitás a Napon is kialakulhat. A mostani eredmény tehát nem önmagában áll, hanem egy olyan kérdéshez kapcsolódik, amelyet űreszközök is vizsgálnak.
Miért nem végleges a válasz?
A kutatás korlátait a ScienceAlert is kiemeli. A laboratóriumi plazma sokkal sűrűbb volt, és a folyamat sokkal rövidebb idő alatt zajlott le, mint a napbéli nanoflerek. A kutatók kulcsfontosságú fizikai arányokat hasonlítottak össze, hogy megítéljék, mely szempontok vonatkozhatnak a koronára, a kísérlet azonban nem modellezte a mágneses energia teljes felhalmozódását, ahogyan az a Napon történik.
Az eredmények a ScienceAlert összefoglalása szerint egy olyan mechanizmust támasztanak alá, amely segíthet a korona fűtésében. Hogy ez a folyamat milyen gyakran zajlik a Napon, és a fűtés mekkora részéért felel, azt további megfigyelésekkel és kísérletekkel kell megállapítani. A ScienceAlert címe szerint a kutatók „talán” megoldották a Nap egyik legnagyobb rejtélyét, ez a „talán” a jelenlegi tudás szerint fontos kitétel.
Számok röviden
- A Nap látható felszíne a források szerint nagyjából 5500–6000 Celsius-fokos.
- A napkorona hőmérséklete meghaladhatja az egymillió Celsius-fokot.
- A kísérletben négy lézernyaláb, egymilliárdod másodperces impulzusok szerepeltek.
- A hullámos célpontnál mért elektron-csúcshőmérséklet nagyjából 820 ezer Celsius-fok, közel kétszerese a sima célpontos változaténak.
Fogalomtár
- Napkorona: a Nap külső légköre, amely sokkal forróbb a látható felszínnél.
- Nanofler: apró napkitörés, amelyekből a feltételezés szerint rengeteg együtt hozzájárulhat a korona fűtéséhez.
- Mágneses átkapcsolódás: ellentétes irányú mágneses mezők találkozása és újrakapcsolódása, amely során tárolt energia szabadul fel.
- Rayleigh–Taylor-instabilitás: a határfelület hullámainak ujjszerű és gombaformájú alakzatokká növekedése, amikor a táguló plazma lelassul a ritkább közegben.
- Koronális eső: a Nap légkörében visszahulló, viszonylag hideg és sűrű plazma.
Gyakori kérdések
Megoldották a napkorona rejtélyét? Nem véglegesen. A kísérlet egy lehetséges mechanizmust támaszt alá, de hogy ez a Napon milyen gyakran működik, és a fűtés mekkora részéért felel, azt további vizsgálatoknak kell kideríteniük.
Mi az a nanofler? Apró napkitörés. A ScienceAlert szerint a kutatók feltételezik, hogy rengeteg ilyen kis esemény együtt segíthet fenntartani a korona hőmérsékletét.
Hol végezték a kísérletet? A sanghaji Shenguang-II lézerberendezésnél, ahol négy átfedő lézernyalábot irányítottak egy hullámos felületű műanyag célpontra.
Hol jelent meg a tanulmány? A Physical Review Letters folyóiratban.
Források
Következő cikkek
Olvass tovább
A NIST kutatói tíz évig úgy elemezték mérésüket, hogy a végső korrekció egy lezárt borítékban maradt. Amikor felnyitották, kiderült: az eredmény eltér egy korábbi francia méréstől – pedig ugyanazt az alapvető természeti állandót keresték.
A qumráni közösség naptára minden ünnepet ugyanarra a hétköznapra tett volna – cserébe évről évre eltávolodott az évszakoktól. Egy új értelmezés szerint éppen ez oldhatja fel a holt-tengeri tekercsek egyik régi ellentmondását.
A cikkben idézett adatok szerint a Csendes-óceán egyenlítői térségében mért El Niño-eltérés már meghaladta a korábbi rekordot. A jelenség önmagában is átrendezi az időjárási mintázatokat, a felmelegedő éghajlat pedig tovább növelheti a következményeit.
NapiInfo szerkesztőség
A cikket a NapiInfo szerkesztősége írta és ellenőrizte a fent felsorolt források alapján. Az AI-eszközök szerepéről az AI-használat oldalon olvashatsz.
Kérdésed vagy észrevételed van?
Pontatlanságot találtál, vagy fontos információ hiányzik? Jelezd nekünk a cikk linkjével és az ellenőrizhető forrással.
A témaválasztásról, a forrásokról és az AI-eszközök szerepéről a szerkesztési elveinkben olvashatsz.
Kövesd a NapiInfót Facebookon, és oszd meg a tapasztalatodat