Op 19 augustus 2022 legden astronomen met de Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) op het Hawaiiaanse eiland Maui de uitdovende resten vast van een C-klasse zonnevlam. Hun waarnemingen toonden iets opmerkelijks: zeer sterke spectrale vingerafdrukken van calcium II H en waterstof-epsilon lijnen. Het was de eerste keer dat deze twee lichtsignaturen in zulk groot detail werden waargenomen tijdens het afnemende stadium van een zonnevlam, universetoday.com.
Unieke spectrale waarnemingen
De waarnemingen leverden niet alleen nieuwe inzichten op, maar onthulden ook zwakke punten in de huidige computermodellen van zonnefysica. Toen het wetenschappelijk team onder leiding van student-waarnemer Cole Tamburri de observaties vergeleek met computersimulaties die het verhittingsproces van zonnevlammen nabootsen, bleek dat hun modellen sommige kenmerken wel konden reproduceren, maar andere niet volledig konden verklaren.
De waargenomen lichtsignaturen waren breder en verschilden in helderheid op manieren die de modellen nog niet kunnen verklaren, nso.edu. Bijzonder was dat deze afwijkingen zich voordeden toen de vlam al aan het uitdoven was, een fase die tot nu toe minder intensief bestudeerd is.
Technologische doorbraak
Spectra ontstaan wanneer licht van een object, in dit geval de zon, door een gespecialiseerd instrument gaat dat het licht opsplitst in zijn samenstellende golflengtes. In het geval van de vlam op 19 augustus werd licht uitgezonden door geëxciteerde moleculen van calcium II H en waterstof-epsilon. Deze twee liggen dicht bij elkaar in het zonnespectrum en bieden een venster op wat er gebeurt in de chromosfeer van de zon – de complexe laag van de zonnatmosfeer tussen het zichtbare oppervlak (fotosfeer) en de corona (buitenste atmosfeer).
Het is niet altijd gemakkelijk geweest om deze spectrale lijnen in zonnevlammen vanaf de aarde te bestuderen, meestal vanwege beperkingen in telescooptijd en instrumentatie. De DKIST kon deze lijnen vastleggen dankzij zijn hoge-resolutiecapaciteiten, waarbij het Visible Spectropolarimeter (ViSP) instrument extreem scherpe metingen maakte van de matige C6.7-klasse vlam.
Bredere context van zonnevlamonderzoek
De ontdekking past in een bredere trend van baanbrekend zonnevlamonderzoek. Eerder dit jaar toonden wetenschappers van de Universiteit van St Andrews aan dat ionen in zonnevlammen temperaturen kunnen bereiken van meer dan 60 miljoen graden – 6,5 keer heter dan eerder werd aangenomen. sciencedaily.com daagde decennia van aannames in de zonnefysica uit en bood een verrassende oplossing voor een 50 jaar oud raadsel over waarom spectrale lijnen van zonnevlammen breder lijken dan verwacht.
In een andere recente studie gebruikten onderzoekers van het New Jersey Institute of Technology een zeldzame zonnevlam uit 2017 om mysterieuze gammastralen terug te voeren naar een compacte verzameling geladen deeltjes hoog in de bovenste atmosfeer van de zon. earth.com, konden wetenschappers de verborgen deeltjesbron lokaliseren.
Magnetische lawines als trigger
Nog recenter toonde de Solar Orbiter-ruimtesonde het duidelijkste bewijs tot nu toe dat een zonnevlam groeit door een cascaderende "magnetische lawine". Kleine, zwakke magnetische verstoringen vermenigvuldigden zich snel en veroorzaakten steeds sterkere explosies die deeltjes tot extreme snelheden versnelden. sciencedaily.com produceerde stromen van gloeiende plasmablobs die lang na de vlam zelf door de zonnatmosfeer regenden.
Spectroscopische waarnemingen van zonnevlampulsaties, gepubliceerd in Nature Astronomy, toonden aan dat oscillerende magnetische reconnectie quasi-periodieke pulsaties kan veroorzaken. Deze bevindingen, nature.com van NASA's Interface Region Imaging Spectrograph en de Zweedse 1-meter zonnetelescoop, leverden spectroscopische waarnemingen van pulsaties met hoge temporele en ruimtelijke resolutie.
Implicaties voor ruimteweer
De waarnemingen van de DKIST zijn niet alleen van academisch belang. Zonnevlammen zijn plotselinge en enorme energievrijlatingen in de buitenste atmosfeer van de zon die delen ervan verhitten tot meer dan 10 miljoen graden. Deze dramatische gebeurtenissen verhogen de zonnestraling en röntgenstraling die de aarde bereikt aanzienlijk en vormen een gevaar voor ruimtevaartuigen en astronauten, terwijl ze ook de bovenste atmosfeer van onze planeet beïnvloeden.
Het begrijpen van hoe zonnevlammen de lagere atmosfeer van de zon verhitten, is cruciaal voor het voorspellen van ruimteweerrisico's. De bevindingen wijzen op de noodzaak van meer uitgebreide theorieën die de complexe fysica van zonnevlammen volledig kunnen verklaren, van hun ontstaan tot hun uitdoving.