Πώς τα μαγνητικά κύματα θερμαίνουν τον Ήλιο; Επιστήμονες λύνουν ένα μυστήριο 70 ετών

Ο Ήλιος είναι η πηγή ενέργειας που υποστηρίζει όλη της ζωής στη Γη, όμως πολλά παραμένουν άγνωστα σχετικά με αυτόν. Μολαταύτα, μια ομάδα στο Queen’s University του Belfast ξεκλείδωσε πρόσφατα ορισμένα μυστήρια και η μελέτη της δημοσιεύεται στο Nature Physics.

Το 1942, ο Σουηδός φυσικός και μηχανικός Hannes Alfvén προέβλεψε την ύπαρξη ενός νέου τύπου κύματος λόγω της δράσης του μαγνητισμού στο πλάσμα, γεγονός που τον οδήγησε στο βραβείο Nobel για τη φυσική το 1970. Τα κύματα Alfvén συνδέθηκαν με μια ποικιλία πηγών, στις οποίες συμπεριλαμβάνονται οι πυρηνικοί αντιδραστήρες, το νέφος αερίου που περικλείει τους κομήτες, εργαστηριακά πειράματα, η ιατρική απεικόνιση MRI και η ατμόσφαιρα του πλησιέστερου σε μας άστρου – του Ήλιου. Οι επιστήμονες υποστήριζαν για πολλά χρόνια ότι τα κύματα αυτά μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο στη διατήρηση των εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών του Ήλιου, όμως μέχρι τώρα δεν μπορούσαν να το αποδείξουν.

Ο Dr David Jess, από τη Σχολή Μαθηματικών και Φυσικής του Queen’s University του Belfast εξηγεί: «Για μακρύ χρονικό διάστημα οι επιστήμονες σε όλο τον πλανήτη προέβλεπαν ότι τα κύματα Alfvén εκτοξεύονταν προς τα πάνω από την ηλιακή επιφάνεια για να διαλυθούν στα ψηλότερα στρώματα, απελευθερώνοντας τεράστια ποσά ενέργειας με μορφή θερμότητας. Κατά την τελευταία δεκαετία οι επιστήμονες μπόρεσαν να αποδείξουν ότι τα κύματα υπάρχουν, αλλά μέχρι τώρα δεν υπήρχαν άμεσες αποδείξεις ότι είχαν την δυνατότητα να μετατρέπουν την κίνησή τους σε θερμότητα. Στο Πανεπιστήμιο, έχουμε ηγηθεί μιας ομάδας για να ερευνήσουμε και εντοπίσουμε τη θερμότητα που παράγεται από τα κύματα Alfvén σε μια ηλιακή κηλίδα. Η θεωρία αυτή είχε προβλεφθεί κάπου 75 χρόνια πριν, όμως τώρα έχουμε την απόδειξη για πρώτη φορά. Η έρευνά μας ανοίγει ένα νέο παράθυρο για την κατανόηση του πώς αυτό το φαινόμενο θα μπορούσε δυνητικά να λειτουργήσει σε άλλες περιοχές όπως ενεργειακοί οι αντιδραστήρες και οι ιατρικές συσκευές».

Η μελέτη χρησιμοποίησε εξελιγμένες υψηλής ανάλυσης παρατηρήσεις από το Ηλιακό Τηλεσκόπιο Dunn στο Νέο Μεξικό, στις ΗΠΑ, παράλληλα με συμπληρωματικές παρατηρήσεις από το Παρατηρητήριο Ηλιακής Δυναμικής της NASA, για να αναλυθούν τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία που εμφανίζονται στις ηλιακές κηλίδες. Οι ηλιακές αυτές κηλίδες έχουν έντονα πεδία παρόμοια με τις σύγχρονες συσκευές MRI στα νοσοκομεία και είναι πολύ μεγαλύτερες από ότι ο ίδιος μας ο πλανήτης.

Ο Dr Samuel Grant, από το ίδιο Πανεπιστήμιο, σχολιάζει: «Αναλύοντας το φως του Ήλιου στα συστατικά του χρώματα, η διεθνής ερευνητική ομάδα μας μπόρεσε να εξετάσει τη συμπεριφορά ορισμένων στοιχείων του περιοδικού πίνακα μέσα στην ατμόσφαιρα του Ήλιου, συμπεριλαμβανομένων του ασβεστίου και του σιδήρου. Μόλις τα στοιχεία αυτά αποσπάστηκαν, ανιχνεύθηκαν έντονες λάμψεις φωτός στις αλληλουχίες των εικόνων. Αυτές οι έντονες λάμψεις είχαν όλες τις σφραγίδες των κυμάτων Alfvén που μετατρέπουν την ενέργειά τους σε ωστικά κύματα, με τρόπο παρόμοιο που ένα υπερηχητικό αεροσκάφος δημιουργεί έκρηξη καθώς ξεπερνάει την ταχύτητα του ήχου. Μετά, τα ωστικά κύματα εξαπλώνονται στο περιβάλλον πλάσμα, παράγοντας έντονη θερμότητα. Χρησιμοποιώντας υπερυπολογιστές, μπορέσαμε να αναλύσουμε τα δεδομένα και να δείξουμε για πρώτη φορά στην ιστορία ότι τα κύματα Alfvén ήταν σε θέση να αυξήσουν βιαίως τις θερμοκρασίες του πλάσματος πάνω από το ήρεμο υπόβαθρό τους».

Πηγή: Queen’s University Belfast

Περισσότερα στη δημοσίευση: Alfvén wave dissipation in the solar chromosphere. Nature Physics.