coronal loop
Koronalna petlja
Svi smo vidjeli prekrasne slike i video zapise koronalnih petlji. Oni su zakrivljeni magnetni oblici koji tjeraju plazmu blistavog sjaja da putuje duž njihovog puta. Oni se izvijaju iznad Sunca, ponekad hiljadama kilometara, pre nego što se ponovo povežu sa Suncem.

Ali nova studija kaže da nešto od onoga što vidimo uopće nisu petlje. Umjesto toga, oni su vrsta optičke iluzije. Poznajemo li Sunce onoliko dobro koliko mislimo da znamo?


Komentar: Stalno se događaju otkrića koja pokazuju da su službene teorije o svemiru manjkave: The Sun is stranger than astrophysicists imagined


Sunčeva korona je najudaljeniji sloj njegove atmosfere. Sastoji se od plazme, koja sadrži puno nabijenih čestica. To znači da lako reaguje na elektromagnetna polja. Sunce ima snažno magnetno polje koje varira u zavisnosti od mesta i vremena. Ponekad taj magnetizam pokreće plazmu visoko iznad korone, formirajući fantastične strukture zvane koronalne petlje koje se na kraju ponovo povezuju sa površinom Sunca. Neke od ovih struktura mogu trajati danima ili čak sedmicama.
"Ovo je potpuno nova paradigma razumijevanja Sunčeve atmosfere."

-- Anna Malanushenko, glavni autor.
Ali ako je ova nova studija tačna, onda to znači da mnoge od onoga što izgledaju kao petlje nisu petlje.

Nova studija objavljena je u časopisu The Astrophysical Journal. Njezin naslov je "Krunski veo". Ana Malanušenko, naučnica u Nacionalnom centru za istraživanje atmosfere, je glavni autor.

Studija se zasniva na naprednoj 3D simulaciji Sunčeve korone. To je omogućilo naučnicima da izoluju pojedinačne koronalne petlje rezanjem korone na različite delove. Istraživači su pronašli neke petlje, ali njihovi rezultati su pokazali da mnoge od onoga što je izgledalo kao petlje uopće nisu bile petlje.

"Cijelu svoju karijeru provela sam proučavajući koronalne petlje," rekla je glavna autorica Malanušenko. "Bila sam uzbuđena što će mi ova simulacija dati priliku da ih detaljnije proučim. Nisam ovo očekivala. Kada sam vidjela rezultate, um mi je eksplodirao. Ovo je potpuno nova paradigma razumijevanja Sunčeve atmosfere."


Koronalne petlje sjajno sijaju u ekstremnom UV zračenju zbog svoje temperature. Njihov oblik je u skladu s našim razumijevanjem magnetizma, pa je logično zaključiti da su to petlje. Nova studija ne opovrgava u potpunosti postojanje petlji. Ali to opovrgava neke od njih.

Ovo novo istraživanje navodi naučnike da još jednom pogledaju Sunce i njegovo ponašanje. Autori ovog rada su zbunjeni jer se čini da koronalne petlje ne odgovaraju onome što znaju o magnetizmu.

Sunčeve linije magnetnog polja su moćne, ali i dalje moraju da slabe dalje od izvora. Dakle, ako su koronalne petlje zaista petlje koje teku duž linija Sunčevog polja, one bi se trebale raširiti što su dalje od Sunca. Ali to nije ono što se dešava. Slike Sunca pokazuju da su petlje još uvijek tanke i svijetle, čak i visoko iznad Sunca.


"... čini se da koronalnim petljama nedostaje očekivana vizuelna ekspanzija sa visinom, jer ograničavajuće magnetno polje slabi sa visinom u proseku u koroni", ističu autori u svom radu.

Dakle, ako nisu petlje, šta su?

Prema istraživanju, neke od njih su iluzije koje nazivaju "koronalnim velom". A njihovo postojanje navodi autore da se zapitaju šta su mislili da znaju o Suncu.


Komentar: Ili se možda ne šire na očekivani način što su dalje od Sunčevog teoretskog generatora jer im je izvor energije izvan Sunca? Why the sun's atmosphere is hundreds of times hotter than its surface


Coronal loops
© TRACE/NASAKoronalne petlje, uočene u ultraljubičastom zračenju Fe IX 17,1 nm (171 Å) od strane svemirskog broda TRACE 6. novembra 1999. godine, koje se protežu 120 000 km od površine Sunca.
"Ova studija nas kao naučnike podsjeća da uvijek moramo preispitivati ​​svoje pretpostavke i da ponekad naša intuicija može raditi protiv nas", rekla je Malanušenko.

Neke od petlji su ono što nazivaju artefakti projekcije. Ali nije lako razlučiti između stvarnih koronalnih petlji i artefakata. "Mi demonstriramo poteškoće u razlikovanju iz zapažanja da li određena petlja odgovara niti u volumenu ili artefaktu projekcije. Pokazujemo kako naizgled izolovane petlje mogu zavarati posmatrače, čak i kada su dostupna zapažanja iz više uglova gledanja", pišu autori.

Ovo istraživanje je zasnovano na revolucionarnoj simulaciji razvijenoj uglavnom u NCAR/UCAR. Simulacija se zove MURaM. MURaM je realistična simulacija koja se proteže od dubine Sunca - oko 10.000 km ispod površine - do skoro 40.000 km u koronu. Fizički uslovi u tom širokom rasponu uvelike variraju po pritisku i gustini. MURaM je značajan jer naučnici nisu bili u mogućnosti da modeliraju tako širok spektar uslova prije njegovog razvoja.

MURaM je omogućio naučnicima da posmatraju kompletan životni ciklus solarne baklje, počevši od duboko unutar Sunca, preko izbijanja baklje na površinu, do njenog eksplozivnog puštanja u svemir.

Ali glavni rezultat što se ove studije tiče je skup podataka koji je kreirao MURaM. Ovi skupovi podataka sadrže strukturu magnetnog polja i plazmu koja joj je u skladu. MURaM omogućava naučnicima da kreiraju "vještačka" zapažanja Sunca, uključujući koronu. Sunčeva korona je optički tanka, što znači da se kroz nju lako vidi. Iako bi to moglo zvučati kao prednost u promatranju, to nije nužno slučaj.

Ta optička tankoća znači da se strukture poput koronalnih petlji mogu preklapati jedna s drugom kada promatramo Sunce. I teško je reći šta bi moglo biti u prvom planu, a koje u pozadini. Optička tankoća također otežava razlučivanje koliko su petlje debele. Jesu li debele, kao baštensko crijevo? Ili su tanke, poput vrpce gledane na ivici?

Postoji treća mogućnost kada se ove petlje posmatraju u optički tankoj koroni. Umjesto tanke niti, petlje bi mogle biti optička iluzija uzrokovana pregibom u sloju plazme.

MURaM je jedna od najmoćnijih solarnih simulacija ikada stvorenih. Pokazalo se da je robustan na mnogo načina, ali istraživači su i dalje oprezni. U ovom radu tim je uporedio svoje MURaM podatke sa stvarnim slikama Sunca iz instrumenta Atmospheric Imaging Assembly (AIA) na NASA-inoj opservatoriji za solarnu dinamiku (SDO).

Coronal loops
© Malanushenko et al. 2022Slike od a do d i f su AIA slike koje ističu određeni dio koronalne petlje. E je slika iz MURaM simulacije.
Snaga MURaM simulacije je u tome što istraživači mogu secirati podatke iz simulacije na način koji nije moguć sa stvarnim zapažanjima. MURaM proizvodi kocke podataka koje omogućavaju istraživačima da proučavaju regione Sunca na način na koji trenutne opservatorije i instrumenti ne mogu.

"Budući da su petlje u skladu s linijama polja, naučnici pretpostavljaju da su petlje projekcije u ravni neba tankih cijevi magnetskog fluksa punih plazme različitih temperatura i gustoće", pišu autori u svom radu. "Područja između ovih fluks cijevi također su puna magnetnih polja, ali plazma je slabija jer je manje gusta. Ili bi to mogla biti drugačija temperatura koja se ne vidi dobro na talasnim dužinama instrumenta koji je osjeti."

Autori su proučavali volumetrijsku emisiju kako bi vidjeli ove slabije površine između cijevi za protok. Tanke kriške MURaM-a omogućile su istraživačima da seciraju podatke i potraže strukture i ponašanje koji nisu vidljivi na stvarnim slikama. Ovi isječci pokazuju da neke od onih koje izgledaju kao koronalne petlje nisu petlje, već su napravljene od grebena i bora u plazmi.

Coronal loops
© Malanushenko et al. 2022Ove slike iz studije pokazuju ono što se zove volumetrijska emisija. To su tanke kriške slika iz MURaM kocki podataka. Većina ovih slika sadrži velike strukture složenog oblika, s brojnim izbočinama i borama, a ne strukture koje odgovaraju pojedinačnim koronalnim petljama. Ove strukture nije lako odvojiti jedna od druge. Dok se neke petlje mogu mapirati u različite, svijetle mrlje, čini se da mnoge petlje ne odgovaraju izoliranim strukturama u volumenu.
Ova studija postavlja pitanja o našem razumijevanju Sunca. Ali jedan od nedostataka studije je to što se zasniva na simulaciji. Autori to priznaju i da simulacije igraju sve istaknutiju i značajniju ulogu u astronomiji i astrofizici kako vrijeme odmiče.

Možemo li vjerovati MURaM-u?

Autori ističu da je MURaM jedna od najrealističnijih simulacija do sada. Znamo to jer proizvodi mnoge stvari koje možemo jasno uočiti o Suncu. "Međutim, svakako je podložan kritikama, kao i svaka druga simulacija. Ipak, vjerujemo da su naši rezultati relevantni za stvarnu koronu...", navode.

Ono što je uvjerljivo u ovom otkriću je da MURaM nije jedina simulacija koja daje rezultate koji podržavaju zaključak ove studije.

Studija iz 2005. godine zasnovana na drugačijoj simulaciji otkrila je da su otisci nekih koronalnih petlji "... naborani i nisu geometrijski jednostavni..." Autori ovog novog istraživanja kažu da to podržava njihov zaključak da neke koronalne petlje, u stvari, nisu petlje.

Druga studija iz 2014. zasnovana na koronalnim simulacijama također je otkrila emisije koje ne izgledaju kao petlje. Slike iz te simulacije pokazale su difuznu komponentu, nekoliko izolovanih mrlja i tanke, svijetle strukture nalik na listove slične onome što je MURaM pokazao u ovom novom istraživanju. Bore u tim strukturama nalik listovima proizvele su petlje koje su izgledale kao artefakti projekcije pronađeni u ovom novom istraživanju.

Coronal loops
© Winebarger et al. 2014.Ova brojka je iz rada iz 2014. zasnovanog na različitim koronalnim simulacijama. Prikazuje (a) difuznu komponentu, (b) nekoliko izolovanih mrlja i (c) tanke, svijetle strukture nalik listovima.
Sljedeće logično pitanje koje treba postaviti je: koliko koronalnih petlji je stvarnih, a koliko nije? Nove tehnike posmatranja će morati da odgovore na to, a te tehnike će morati da budu pažljivo dizajnirane. To će također zahtijevati nove tehnike rukovanja podacima. Ali odgovor na pitanje dovest će do boljeg razumijevanja solarne fizike.

"Znamo da bi dizajniranje takvih tehnika bilo izuzetno izazovno, ali ova studija pokazuje da način na koji trenutno tumačimo posmatranja Sunca možda nije adekvatan da bismo istinski razumjeli fiziku naše zvijezde", rekla je Malanušenko.