Un nuovo studio sfida le ipotesi di lunga data sulla struttura dell'atmosfera solare
Secondo un nuovo documento che sfida le ipotesi prevalenti su ciò che sappiamo, e non sappiamo, sul Sole, molti anelli coronali - filamenti di plasma che gli scienziati hanno a lungo pensato esistessero nell'atmosfera del Sole - potrebbero in realtà essere illusioni ottiche.
La ricerca, guidata dal National Center for Atmospheric Research (NCAR) e pubblicata su The Astrophysical Journal , si basava su una simulazione 3D realistica e all'avanguardia della corona solare. La simulazione, effettuata presso l'NCAR diversi anni fa, ha consentito agli scienziati di tagliare la corona in sezioni distinte nel tentativo di isolare i singoli anelli coronali.
Quello che hanno scoperto è che molti dei loop non erano affatto loop.
Mentre il team di ricerca è stato in grado di individuare alcuni dei loop coronali che stavano cercando, hanno anche scoperto che in molti casi quelli che sembrano essere loop nelle immagini riprese del Sole potrebbero in realtà essere rughe di plasma luminoso nell'atmosfera solare. Mentre i fogli di plasma luminoso si ripiegano su se stessi, le pieghe appaiono come linee sottili e luminose, che imitano l'aspetto di filamenti di plasma distinti e autonomi.
I risultati, che il team di ricerca chiama l'ipotesi del "velo coronale", hanno implicazioni significative per la nostra comprensione del Sole, dal momento che i presunti anelli coronali sono stati usati per decenni come un modo per dedurre informazioni su densità , temperatura e altri dati fisici. caratteristiche dell'atmosfera solare.
"Ho trascorso tutta la mia carriera a studiare i loop coronali", ha detto la scienziata dell'NCAR Anna Malanushenko, che ha guidato lo studio. "Ero entusiasta che questa simulazione mi avrebbe dato l'opportunità di studiarli in modo più dettagliato. Non me lo sarei mai aspettato. Quando ho visto i risultati, la mia mente è esplosa. Questo è un paradigma completamente nuovo per comprendere l'atmosfera del Sole".
La ricerca è stata finanziata dalla NASA e ha incluso collaboratori dell'Osservatorio ad alta quota della NCAR, del Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory, del Southwest Research Institute e della NASA Goddard. NCAR è sponsorizzato dalla National Science Foundation.
INTUIZIONE STIMOLANTE
Quello che sembra essere un anello coronale può essere visto nelle immagini scattate del Sole in condizioni di estrema luce ultravioletta. Il presupposto che esistano è naturale per gli scienziati perché si adatta alla nostra comprensione più elementare del magnetismo.
La maggior parte degli scolari a un certo punto ha visto cosa succede quando la limatura di ferro viene spruzzata vicino a una barra magnetica. Le limature si orientano lungo le linee del campo magnetico che si avvolgono da un polo all'altro della barra magnetica. Queste linee curve si estendono, diventando più deboli e meno dense, più sono lontane dal magnete.
Gli apparenti loop coronali nelle immagini del Sole sembrano sorprendentemente simili, e poiché c'è un campo magnetico significativo nel Sole, l'esistenza di linee di campo magnetico che potrebbero intrappolare una corda di plasma tra di loro e creare loop sembra una spiegazione ovvia. E infatti, il nuovo studio conferma che tali circuiti probabilmente esistono.
Tuttavia, i loop coronali visti sul Sole non si sono mai comportati esattamente come dovrebbero, in base alla nostra comprensione dei magneti. Ad esempio, gli scienziati si aspetterebbero che le linee del campo magnetico sul Sole si allarghino, proprio come nell'esperimento della limatura di ferro, mentre ci si sposta più in alto nella corona. Se ciò accadesse, il plasma intrappolato tra le linee di campo si estenderebbe anche tra i confini, creando anelli più spessi e meno luminosi. Ma le immagini del Sole non mostrano questo fenomeno. Invece, i loop più lontani appaiono ancora sottili e luminosi.
La possibilità che questi anelli siano invece rughe in un velo coronale aiuta a spiegare questa e altre discrepanze con le nostre aspettative sui loop, ma pone anche nuove domande. Ad esempio, cosa determina la forma e lo spessore delle pieghe? E quanti dei loop apparenti nelle immagini del Sole sono in realtà fili reali e quanti sono illusioni ottiche?
"Questo studio ci ricorda come scienziati che dobbiamo sempre mettere in discussione le nostre ipotesi e che a volte il nostro intuito può funzionare contro di noi", ha detto Malanushenko.
IL MODELLO INNOVATIVO OFFRE UNA NUOVA VISIONE DEL SOLE
La scoperta che i loop coronali possono essere illusioni è stata resa possibile grazie a MURaM, un modello magnetoidrodinamico radiativo che è stato esteso per modellare la corona solare in uno sforzo guidato da NCAR. Diversi anni fa, un gruppo di ricercatori guidato da Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory ha utilizzato MURaM per creare una simulazione estremamente dettagliata della corona solare.
La simulazione è stata rivoluzionaria quando è stata prodotta per la prima volta perché era in grado di modellare simultaneamente ciò che stava accadendo in più regioni del Sole, dalla parte superiore della zona convettiva - circa 10.000 chilometri sotto la superficie del Sole - attraverso la superficie solare e oltre, fino a quasi 40.000 chilometri nella corona solare. Queste varie regioni del Sole coprono una vasta gamma di condizioni fisiche, comprese le differenze di densità e pressione, e quindi gli scienziati non avevano in precedenza escogitato un modo per rappresentare matematicamente queste regioni in una simulazione unificata.
Tra gli altri risultati, la nuova simulazione è stata in grado di catturare per la prima volta l'intero ciclo di vita di un brillamento solare, dall'accumulo di energia sotto la superficie solare all'emergere di un brillamento in superficie e infine al rilascio esplosivo di energia.
Il modello ha anche prodotto set di dati tridimensionali che contengono la struttura del campo magnetico e del plasma, che possono essere utilizzati per generare osservazioni "sintetiche". Poiché la corona solare è otticamente sottile, il che significa che è relativamente facile vederla attraverso, le strutture della corona si sovrappongono l'una all'altra nelle immagini del Sole. Ciò rende difficile dire se un "ciclo" che si sovrappone ad altri anelli è davanti o dietro. È anche difficile dire se l'anello stesso abbia una sezione trasversale compatta, come un tubo da giardino, o assomigli a un lungo nastro visto sul bordo. È anche possibile che quello che sembra essere un filo sottile possa essere un artefatto ottico causato da una piega in un foglio di plasma luminoso.
I cubi di dati prodotti da MURaM offrono agli scienziati l'opportunità di sezionare l'atmosfera solare e studiare separatamente le strutture sovrapposte, cosa che non è possibile con gli osservatori e gli strumenti di cui disponiamo attualmente.
Sebbene la simulazione MURaM sia una delle più realistiche mai create della corona solare, è ancora solo un modello. Capire quanti anelli coronali siano in realtà illusioni ottiche richiederà metodi di osservazione attentamente progettati che sondano la corona e nuove tecniche di analisi dei dati.
"Sappiamo che progettare tali tecniche sarebbe estremamente impegnativo, ma questo studio dimostra che il modo in cui attualmente interpretiamo le osservazioni del Sole potrebbe non essere adeguato per comprendere veramente la fisica della nostra stella", ha affermato Malanushenko.
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