Gåden om Solens varme korona løst

Rundt om Solenfindes der en korona – tynde gasskyer, som strækker sig millioner af kilometer ud i rummet og skinner med et perlehvidt lys. Det hvide skær afspejler gasskyernes høje temperatur, for koronaen er en million grader varm, nogle steder endda helt op til fire millioner grader.

Hvordan de tynde gasser bliver så ekstremt varme, har været et mysterium, lige siden temperaturen blev bestemt i 1940’erne. Dengang opdagede astrofysikerne, at koronaen rummer jernatomer, der er så stærkt ioniserede, at de har mistet op til halvdelen af deres elektroner, hvilket kun kan ske ved millioner af varmegrader.

På det tidspunkt kunne man slet ikke forklare fænomenet, som da også er besynderligt. Koronaen er nemlig som en kogende kedel på et koldt komfur. Solens lysende overflade er kun omkring 6000 grader varm, så det er åbenlyst, at opvarmningen af koronaen ikke foregår på almindelig termodynamisk vis. Her vil kogepladen altid være varmere end vandet i kedlen.

Voldsom ophedning hænger sammen med magnetisk aktivitet

I de senere årtier har observationer med satellitter og solteleskoper afsløret, at den voldsomme ophedning af koronaen hænger sammen med magnetisk aktivitet i Solens overflade.

Når varmen fra Solens kerne når overfladen, findes den blandt andet som magnetisk energi. Og nu er det endelig lykkedes at forklare, hvordan den magnetiske energi føres ud i den enorme korona, hvor den atter bliver forvandlet til varme.

To mekanismer er på spil. Den ene, der blev afsløret i 2007 ved hjælp af den japanske satellit Hinode, er små soludbrud. Den anden er magnetiske bølger, som spurter op til koronaen. Dette fænomen blev forudsagt af den svenske fysiker Hannes Alfvén helt tilbage i 1942, og Alfvén fik Nobelprisen i fysik i 1970 for sin teori.

Men først nu har en gruppe af nordirske, engelske og amerikanske astrofysikere fundet beviset for, at de magnetiske bølger rent faktisk eksisterer. Gennembruddet blev opnået ved hjælp af det svenske en-meter solteleskop på La Palma. Ifølge David Jess fra Queen’s University i Belfast beviser observationerne definitivt, at magnetiske alfvén-bølger løber fra Solens overflade ud i koronaen. Og hans beregninger peger på, at de rummer energi nok til at opvarme koronaen til de høje temperaturer.

Energi produceres i kernen

Når koronaen i det hele taget kan blive så varm, skyldes det, at Solen er et kraftværk. Stjernen ligner en ensartet kugle af lysende gas, men består i virkeligheden af flere lag. Energien produceres i kernen, hvor brint fusionerer til helium. Herfra føres den udad som stråling gennem strålingszonen, der slutter omkring 200.000 kilometer under overfladen. Her begynder konvektionszonen, hvor varm plasma stiger op fra dybet, og kølig plasma synker nedad.

Oven på konvektionszonen ligger Solens lysende overflade, og atmosfæren begynder med kromosfæren, som er en overgangszone mellem overfladen og den vidtstrakte korona. I fusionskraftværket i centrum er der 15 millioner grader varmt, men derfra falder temperaturen på vej ud til overfladen, som kun når op på relativt beskedne 6000 grader. I løbet af de første 2000 kilometer ud gennem atmosfæren stiger varmen jævnt til 10.000 grader. Men over en distance på blot et par hundrede kilometer hopper temperaturen pludselig op på en til fire millioner grader.

Forskerne så plet på størrelse med England

Forbindelsen mellem soloverfladen og koronaen er løkker af magnetiske feltlinjer, som udgår fra overfladen og strækker sig ud i atmosfæren. Magnetfelterne er stærkest over solpletterne samt i små lysende områder, der kaldes punktgrupper. Det var netop et sådant lysende område på størrelse med England, som forskerne observerede. Ved at fotografere området med en opløsning på kun 110 kilometer så forskerne for første gang signaturen fra de magnetiske bølger.

Alfvén-bølgerne dannes på soloverfladen, når bobler af opstigende plasma fra stjernens indre skyder op over overfladen og falder ned igen. I områder med stærke magnetfelter, der strækker sig ud i koronaen – som de lysende punktgrupper – spirallerer bølgerne op langs med feltlinjerne i en bevægelse, som minder om en proptrækker, der drejes rundt. Feltlinjerne tiltrækker også elektrisk ladet plasma, og det var brintioner i plasmaet, som leverede beviset for de magnetiske bølgers eksistens.

Brintionerne absorberer og udsender stråling med en bestemt frekvens. Når en alfvén-bølge spirallerer op til koronaen, sætter den brintplasmaet omkring feltlinjen i rotation, så brinten skiftevis bevæger sig hen imod solteleskopet og væk fra det. Herved rød- og blåforskydes strålingen set fra Jorden, og denne bevægelse blandt ionerne kan ifølge forskerne kun stamme fra magnetiske alfvén-bølger.

Kortslutning giver varme

Observationer med den japanske satellit Hinode viste for to år siden, at et stort antal små soludbrud, som hele tiden finder sted, også bidrager til at opvarme koronaen. De små soludbrud opstår ved samme mekanisme som de gigantiske soludbrud, der slynger store klumper af ioniserede gasser ud.

Udgangspunktet for et soludbrud er en slags kortslutning mellem to magnetiske løkker. Kortslutningen fører til en pludselig omstrukturering af magnetfeltet, hvorved magnetisk energi omdannes til varme. Hinode konstaterede blandt andet, at jetstrømme af meget varmt plasma skød op i koronaen.

Med disse observationer sammen med afsløringen af alfvén-bølgerne ser det ud til, at forskerne omsider har fået has på den over 60 år gamle gåde om de ekstreme temperaturer i Solens korona.