Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Physical Review X, παρουσιάζει αδιάσειστα στοιχεία για ένα φράγμα ελικοειδότητας, μια υποθετική αλλά μη επιβεβαιωμένη δομή, που θα μπορούσε να εξηγήσει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του Ήλιου. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου έχει πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από την επιφάνειά του.
Η ανακάλυψη βασίζεται στα δεδομένα υψηλής ανάλυσης από το Parker Solar Probe, που πλησίασε τον Ήλιο όσο κανένα άλλο σκάφος και μάλιστα κινήθηκε στα μέσα στην ατμόσφαιρά του, γράφοντας ιστορία. Σήμερα η NASA δημοσίευσε τις πρώτες εικόνες από το κοντινότερο πέρασμα, και μαζί με αυτές ήρθε και η νέα μελέτη. Τα πρόσφατα ευρήματα του ανιχνευτή θα μπορούσαν να δώσουν απαντήσεις σε ερωτήματα που τέθηκαν ήδη από το 1939 σχετικά με το αινιγματικό πρόβλημα της θέρμανσης του στέμματος, ένα θεμελιώδες αίνιγμα στην αστροφυσική.
Ένα αίνιγμα 2 εκατομμυρίων βαθμών και το παράδοξο της στεφανιαίας θέρμανσης
Στον πυρήνα του Ήλιου οι θερμοκρασίες φτάνουν τους 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, όμως εκεί συμβαίνει η πυρηνική σύντηξη. «Το πιο καυτό μέρος του Ήλιου είναι ο πυρήνας του, όπου οι θερμοκρασίες φτάνουν τους 15 εκατομμύρια °C. Το μέρος του Ήλιου που ονομάζουμε επιφάνειά του – η φωτόσφαιρα – έχει σχετικά χαμηλή θερμοκρασία 5.500 °C», εξηγεί η NASA. Το μυστήριο όμως είναι πως όσο κινούμαστε μακριά από την επιφάνεια, προς το ηλιακό στέμμα, οι θερμοκρασίες ανεβαίνουν ξανά φτάνοντας τους 2 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Αυτό δεν είχε λογική και το ότι συμβαίνει είναι κάτι που βασανίζει τους φυσικούς για πάνω από 80 χρόνια. Έγινε γνωστό σαν το πρόβλημα της θέρμανσης του στέμματος.
Το μυστήριο έγκειται στον τρόπο που η ενέργεια μεταφέρεται από το εσωτερικό του ήλιου, όπου παράγεται, στην εξωτερική θερμοκρασία της ατμόσφαιρας, που έχει πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες από την επιφάνεια του Ήλιου. Έχουν προταθεί αρκετές θεωρίες, συμπεριλαμβανομένης της μαγνητικής αναταραχής και της θέρμανσης από ιοντικά κυκλοτρονικά κύματα , αλλά μέχρι τώρα καμία δεν έχει δώσει μια πλήρη εξήγηση. Η νέα έννοια ενός φράγματος ελικοειδότητας προσφέρει μια πιθανή ανακάλυψη, συνδέοντας προηγούμενα ασύμβατα μοντέλα και παρέχοντας μετρήσιμες προβλέψεις, που όμως ευθυγραμμίζονται με πραγματικά δεδομένα από τον ηλιακό άνεμο.
Τι είναι το φράγμα ελικοειδότητας και πώς λειτουργεί;
Το φράγμα ελικοειδότητας είναι ένα εννοιολογικό φίλτρο στην δυναμική του πλάσματος, στην ατμόσφαιρα του Ήλιο. Λειτουργεί στις διακυμάνσεις της μαγνητικής και θερμικής ενέργειας με τέτοιο τρόπο ώστε να ανακατευθύνει τις οδούς διασποράς ενέργειας.
Ο Δρ. Romain Meyrand , ένας από τους κύριους συγγραφείς, παρέχει μια εύστοχη αναλογία: «Αν φανταστούμε τη θέρμανση του πλάσματος να συμβαίνει λίγο σαν νερό που ρέει κάτω από έναν λόφο, με ηλεκτρόνια να θερμαίνονται ακριβώς στον πυθμένα, τότε το φράγμα ελικοειδότητας λειτουργεί σαν φράγμα, σταματώντας τη ροή και εκτρέποντας την ενέργειά της σε κύματα ιοντικού κυκλοτρονίου». Με άλλα λόγια, αυτό το φράγμα διοχετεύει επιλεκτικά την ενέργεια, θερμαίνοντας τα βαρύτερα σωματίδια, όπως πρωτόνια και ιόντα, ενώ αφήνει τα ηλεκτρόνια αρκετά ψυχρότερα.
«Και τα δύο, ωστόσο, έχουν κάποιο πρόβλημα — η αναταραχή δυσκολεύεται να εξηγήσει γιατί το υδρογόνο, το ήλιο και το οξυγόνο στο αέριο γίνονται τόσο ζεστά όσο γίνονται, ενώ τα ηλεκτρόνια παραμένουν εκπληκτικά κρύα. Ενώ η θεωρία των μαγνητικών κυμάτων θα μπορούσε να εξηγήσει αυτό το χαρακτηριστικό, δεν φαίνεται να υπάρχουν αρκετά κύματα που προέρχονται από την επιφάνεια του ήλιου για να θερμάνουν το αέριο», συμπληρώνει ο Meyrand.
Το φράγμα ελικοειδότητας συνδυάζει κομψά και τα δύο μοντέλα προτείνοντας ότι οι περιορισμοί της μαγνητικής γεωμετρίας ενισχύουν τις αλληλεπιδράσεις κύματος-σωματιδίου μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες, οι οποίες είναι πλέον παρατηρήσιμες χάρη στα όργανα ακριβείας του Parker.
Μετρήσιμες επιδράσεις σε δεδομένα ηλιακού ανέμου και μαγνητικού πεδίου
Για να γίνει μια θεωρία αποδεκτή από την επιστημονική κοινότητα, θα πρέπει να παρέχει ελέγξιμες προβλέψεις. Το φράγμα ελικοειδότητας φαίνεται πως το κάνει, προβλέποντας ένα μοτίβο διακυμάνσεων του μαγνητικού πεδίου που ποικίλλει ανάλογα με την αναλογίας θερμικής προ μαγνητικής ενέργειας.
«Το φράγμα μπορεί να σχηματιστεί μόνο υπό ορισμένες συνθήκες, όπως όταν η θερμική ενέργεια είναι σχετικά χαμηλή σε σύγκριση με τη μαγνητική ενέργεια. Δεδομένου ότι οι διακυμάνσεις στο μαγνητικό πεδίο αναμένεται να συμπεριφέρονται διαφορετικά όταν το φράγμα είναι ενεργό σε σχέση με όταν δεν είναι, η μέτρηση του τρόπου με τον οποίο αυτές οι διακυμάνσεις ποικίλλουν με τις συνθήκες του ηλιακού ανέμου που σχετίζονται με τον σχηματισμό του φράγματος – συμπεριλαμβανομένης της αναλογίας θερμικής προς μαγνητική ενέργεια – παρέχει έναν τρόπο για να ελεγχθεί η παρουσία του φράγματος», γράφει η ομάδα.
[Αποκλειστικό] Μάθαμε τα πάντα για το Samsung Galaxy S25 FE
Το Parker Solar Probe πραγματοποίησε μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου, όταν έκανε την πιο κοντινή του προσέγγιση στον Ήλιο. Τα δεδομένα έφτασαν στη Γη και μέσω λεπτομερούς ανάλυσης, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε πως οι διακυμάνσεις στον ηλιακό άνεμο, εναρμονίζονται πλήρως με τις θεωρητικές προβλέψεις του φράγματος ελικοειδότητας.
«Αναλύοντας τις μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου του ηλιακού ανέμου, διαπιστώνουμε ότι οι διακυμάνσεις συμπεριφέρονται ακριβώς όπως προβλέφθηκε με αλλαγές στις παραμέτρους του ηλιακού ανέμου που χαρακτηρίζουν αυτές τις συνθήκες. Αυτή η ανάλυση μας επιτρέπει επίσης να προσδιορίσουμε συγκεκριμένες τιμές για αυτές τις παραμέτρους που είναι απαραίτητες για τον σχηματισμό του φράγματος και διαπιστώνουμε ότι αυτές οι τιμές είναι κοινές κοντά στον Ήλιο».
Η απόλυτη αντιστοιχία μεταξύ του μοντέλου και παρατηρήσεων επικυρώνει πλήρως την ύπαρξη του φράγματος, αλλά επιβεβαιώνει επίσης ότι οι συνθήκες για τον σχηματισμό του πληρούνται τακτικά στο περιβάλλον κοντά στον Ήλιο. Αυτό το καθιστά έναν βιώσιμο μηχανισμό για την εξήγηση της τοπικής θέρμανσης των ιόντων του ηλιακού ανέμου, καθώς και για την κατανόηση της μεταβλητότητας σε διαφορετικούς τύπους ρευμάτων ηλιακού ανέμου.
Ναι, δεν είναι τόσο εύκολα στην κατανόηση, όμως το ζουμί είναι πως υπάρχει ένα αόρατο φράγμα στην ατμόσφαιρα του ήλιου, που προκαλεί τεράστια άνοδο της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα, σε σχέση με τη θερμοκρασία στην επιφάνεια.
Για όσους έχουν όρεξη και γνώσεις για να το ψάξουν παραπάνω, μπορούν να βρουν τη νέα μελέτη στο Physical Review X.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
