Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της ηλιακής φυσικής ενδέχεται να βρίσκεται ένα βήμα πιο κοντά στη λύση του, χάρη σε ένα πείραμα που αναπαρήγαγε στο εργαστήριο μικροσκοπικές εκρήξεις παρόμοιες με εκείνες που συμβαίνουν στον Ήλιο. Οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν συνθήκες υπό τις οποίες εμφανίζονται οι λεγόμενες νανοεκλάμψεις, οι οποίες θα μπορούσαν να συμβάλλουν στην εξήγηση των εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών στο εξωτερικό στρώμα της ηλιακής ατμόσφαιρας.
Εδώ και δεκαετίες, οι επιστήμονες προσπαθούν να κατανοήσουν γιατί το ηλιακό στέμμα, δηλαδή η εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου, είναι χιλιάδες φορές θερμότερο από την επιφάνειά του. Ενώ η θερμοκρασία της ορατής επιφάνειας του άστρου μας ανέρχεται περίπου στους 5.500 βαθμούς Κελσίου, το στέμμα φτάνει σε αρκετά εκατομμύρια βαθμούς.
«Είναι σαν ο αέρας να γινόταν θερμότερος όσο απομακρύνεσαι από μια φωτιά», σημειώνει ο Γουέι Σουν από το Ινστιτούτο Ατομικής Ενέργειας της Κίνας, περιγράφοντας ένα φαινόμενο που εξακολουθεί να προβληματίζει την επιστημονική κοινότητα.
Πώς δημιουργήθηκαν οι νανοεκλάμψεις στο εργαστήριο
Ο Σουν και οι συνεργάτες του αναπαρήγαγαν ορισμένες από τις συνθήκες που επικρατούν στον Ήλιο και παρατήρησαν πώς μικροσκοπικές εκρήξεις ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, γνωστές ως νανοεκλάμψεις, θα μπορούσαν να απελευθερώνουν ενέργεια και να θερμαίνουν το ηλιακό στέμμα.
Οι νανοεκλάμψεις συνδέονται με απότομες αναδιατάξεις των μαγνητικών πεδίων στο εσωτερικό του στέμματος. Όταν τα πεδία αυτά αλλάζουν ξαφνικά διαμόρφωση, απελευθερώνουν ενέργεια. Για να συμβεί, ωστόσο, αυτή η διαδικασία, απαιτούνται συγκεκριμένες συνθήκες, μεταξύ των οποίων και η κατάλληλη γεωμετρία των μαγνητικών πεδίων.
Προκειμένου να διερευνήσουν πώς δημιουργούνται αυτές οι συνθήκες, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τέσσερα εξαιρετικά ισχυρά λέιζερ, τα οποία έστρεψαν προς έναν μικροσκοπικό στόχο από πλαστικό. Το αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία μιας περιοχής πλάσματος διαμέτρου περίπου δύο χιλιοστών.
Το πλάσμα είναι μια θερμή κατάσταση της ύλης, η οποία αποτελείται από ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια. Αν και το πλάσμα του πειράματος δεν αποτελούσε ακριβές αντίγραφο εκείνου που υπάρχει στο ηλιακό στέμμα, παρουσίαζε ανάλογη συμπεριφορά, επιτρέποντας στους ερευνητές να μελετήσουν τις αντίστοιχες φυσικές διεργασίες.
Η ομάδα πραγματοποίησε δύο διαφορετικές δοκιμές. Στην πρώτη χρησιμοποίησε έναν επίπεδο πλαστικό στόχο, ενώ στη δεύτερη έναν στόχο με κυματοειδή επιφάνεια.
Η διαφορά αποδείχθηκε καθοριστική. Στη δεύτερη περίπτωση, το πλάσμα έγινε ασταθές, τα μαγνητικά πεδία που περιείχε αναδιατάχθηκαν και τελικά δημιουργήθηκε μια νανοέκλαμψη.
Η θερμοκρασία σχεδόν διπλασιάστηκε
Η εμφάνιση της νανοέκλαμψης είχε εντυπωσιακή επίδραση στη θερμοκρασία του πλάσματος. Οι ερευνητές κατέγραψαν θερμοκρασία 799.726 βαθμών Κελσίου, σχεδόν διπλάσια από εκείνη που επιτεύχθηκε στο πείραμα με τον επίπεδο στόχο, όπου δεν εμφανίστηκαν νανοεκλάμψεις.
Το εύρημα υποστηρίζει την υπόθεση ότι μια αλυσιδωτή διαδικασία, κατά την οποία η αστάθεια των μαγνητικών πεδίων προκαλεί νανοεκλάμψεις και αυτές με τη σειρά τους θερμαίνουν το πλάσμα, θα μπορούσε να συμβαίνει και στον Ήλιο.
Μάλιστα, οι παράμετροι που καθόρισαν τη συμπεριφορά του πλάσματος στο εργαστήριο αντιστοιχούσαν σε εκείνες που παρατηρούνται σε περιοχές του Ήλιου όπου συστάδες ψυχρότερου πλάσματος κατεβαίνουν μέσα από το ηλιακό στέμμα, σχηματίζοντας ένα φαινόμενο γνωστό ως «στεμματική βροχή».
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν επίσης προσομοιώσεις σε υπολογιστή, οι οποίες ενίσχυσαν την ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων.
Γιατί το μυστήριο δεν έχει λυθεί ακόμη
Ο Ρόνι Κέπενς από το Καθολικό Πανεπιστήμιο της Λέουβεν στο Βέλγιο εκτιμά ότι οι προσομοιώσεις υποστηρίζουν τα συμπεράσματα της ομάδας και προσθέτουν έναν ακόμη πιθανό μηχανισμό στη μελέτη της θέρμανσης του ηλιακού στέμματος.
Όπως επισημαίνει, οι συστάδες πλάσματος που σχηματίζουν τη στεμματική βροχή θα μπορούσαν πράγματι να προκαλέσουν τις αστάθειες που παρατηρήθηκαν στο εργαστήριο.
Ωστόσο, ο ίδιος τονίζει ότι το πείραμα δεν δίνει οριστική απάντηση στο πρόβλημα της υπερθέρμανσης του στέμματος. Άλλες διεργασίες στο πλάσμα, όπως ορισμένοι τύποι κυμάτων που διαδίδονται στο εσωτερικό του, θα μπορούσαν επίσης να μεταφέρουν ενέργεια και να συμβάλλουν στην αύξηση της θερμοκρασίας.
Οι νανοεκλάμψεις αποτελούν, επομένως, έναν πιθανό μηχανισμό, αλλά δεν έχει αποδειχθεί ότι εξηγούν από μόνες τους το σύνολο της ενέργειας που απαιτείται για να διατηρείται το ηλιακό στέμμα τόσο θερμό.
Τα επόμενα βήματα της έρευνας
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει τώρα να αναβαθμίσει την πειραματική διάταξη, ώστε να δημιουργεί πλάσματα με πιο σύνθετη, τρισδιάστατη δομή. Παράλληλα, οι επιστήμονες θέλουν να χρησιμοποιήσουν ακριβέστερες τεχνικές για τη μέτρηση και την ανάλυση της συμπεριφοράς τους.
Ένας ακόμη στόχος είναι να συγκρίνουν πιο άμεσα τις εργαστηριακές μετρήσεις με τις πραγματικές συνθήκες στον Ήλιο, αξιοποιώντας δεδομένα που συλλέγονται από τηλεσκόπια.
«Είναι σημαντικό να ελέγξουμε ότι το εργαστήριο αναπαράγει αυτό που συμβαίνει στον Ήλιο», τονίζει ο Σουν.
Η δυνατότητα αναπαραγωγής τέτοιων φαινομένων σε ελεγχόμενο περιβάλλον μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τον τρόπο με τον οποίο απελευθερώνεται και μεταφέρεται η ενέργεια στην ηλιακή ατμόσφαιρα. Το μεγάλο ερώτημα παραμένει ανοιχτό, αλλά οι μικροσκοπικές εκλάμψεις που δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο προσφέρουν ένα ακόμη στοιχείο για την αποκωδικοποίησή του.
Έρευνα: Physical Review Letters
Με πληροφορίες από το Newscientist
