磁気エネルギーを蓄えた軌道を回る機器のヒントは太陽大気を加熱します

太陽風で最初に検出された現象は、太陽に関する長年の謎を解くのに役立つ可能性があります。太陽の大気が地表よりも何百万度も高温である理由です。地球軌道インターフェース領域イメージングスペクトログラフ（IRIS）と大気イメージングアセンブリ（AIA）からの画像は、低地の磁気ループが数百万度ケルビンに加熱されていることを示しています。

ライス大学、コロラドボルダー大学、NASAのマーシャル宇宙飛行センターの研究者は、シリコンなどの重いイオンが、太陽風と太陽の彩層とコロナの間の遷移領域の両方で優先的に加熱されると主張しています。そこでは、磁化されたプラズマのループが連続的に弧を描いており、上のコロナのいとことは異なります。それらははるかに小さく、分析が困難ですが、ナノフレアの形でエネルギーのバーストを放出する磁気駆動メカニズムを備えていると長い間考えられてきました。米の太陽物理学者であるスティーブン・ブラッドショーと彼の同僚は、同じくらい疑っていた人々の中にいましたが、IRISの前に十分な証拠を持っていた人はいませんでした。

ハイフライングスペクトロメータは、遷移領域を観察するために特別に構築されました。 NASAが資金提供した研究では、研究者は、酸素、特に重いシリコンイオンの強いスペクトルシグネチャを含む再接続ループの「明るさ」について説明しています。

ブラッドショーのチーム、彼の元学生であるシャーモハマドバハウディン、現在はコロラドの大気宇宙物理学研究所の研究教員、NASAの天体物理学者エイミーワインバーガーは、これらの遷移領域ループの詳細を解決し、スーパーのポケットを検出できるIRIS画像を研究しました-ホットプラズマ。画像を使用すると、ループ内のイオンの動きと温度を、それらが放出する光を介して分析し、化学的「指紋」として機能するスペクトル線として読み取ることができます。

「それはすべての物理学が刻印されている輝線にあります」と物理学と天文学の准教授であるブラッドショーは言いました。 「アイデアは、これらの小さな構造がどのように加熱されるかを学び、コロナ自体がどのように加熱されるかについて何かを言いたいと思っていました。これは、太陽大気全体で機能するユビキタスなメカニズムである可能性があります。」

画像は、熱およびドップラー効果によって線が広がったホットスポットスペクトルを明らかにし、ナノフレアに関与する元素だけでなく、それらの温度と速度も示しています。ホットスポットで、彼らはシリコンイオンを含む再接続ジェットが毎秒100キロメートルまでの速度で観測者（IRIS）に向かって（青方偏移）そして遠ざかる（赤方偏移）移動するのを発見しました。軽い酸素イオンではドップラーシフトは検出されませんでした。

研究者たちは、メカニズムの2つの要素を研究しました。エネルギーが磁場からどのように出るか、そしてそれが実際にプラズマをどのように加熱するかです。遷移領域は華氏約10,000度ですが、太陽の表面での対流はループに影響を与え、ループを構成する細い磁性ストランドをねじって編んで、最終的にプラズマを加熱する磁場にエネルギーを追加します。 「IRISの観測は、プロセスが行われていることを示しており、最初の部分に対する少なくとも1つの答えは、磁気リコネクションによるものであり、そのジェットが調号であると合理的に確信しています」と彼は言いました。

その過程で、プラズマストランドの磁場が壊れて編組サイトで再接続し、より低いエネルギー状態になり、蓄積された磁気エネルギーを放出します。これが発生すると、プラズマは過熱します。しかし、放出された磁気エネルギーによってプラズマがどのように加熱されるかは、これまで謎のままでした。 「再接続が行われているこれらの小さなループ構造の領域を調べ、イオン、主にシリコンと酸素からの輝線を測定しました」と彼は言いました。 「シリコンイオンのスペクトル線は、酸素よりもはるかに広いことがわかりました。」

これは、シリコンイオンの優先的な加熱を示しています。 「私たちはそれを説明する必要がありました」とブラッドショーは言いました。 「私たちは見て考えましたが、軽いものよりも重いイオンを加熱することを好む、イオンサイクロトロン加熱と呼ばれる動的プロセスがあることがわかりました。」彼は、イオンサイクロトロン波が再接続サイトで生成されると言いました。より重いイオンによって運ばれる波は、波を「破壊」して乱流を生成する不安定性の影響を受けやすく、それがイオンを散乱させてエネルギーを与えます。これにより、プラズマの局所温度だけから予想されるものを超えてスペクトル線が広がります。軽いイオンの場合、それらを加熱するのに十分なエネルギーが残っていない可能性があります。 「それ以外の場合は、不安定性を引き起こすのに必要な臨界速度を超えません。これは、軽いイオンの方が速くなります」と彼は言いました。

「太陽風では、重いイオンは軽いイオンよりもかなり高温になります」とブラッドショーは言いました。 「それは確実に測定されました。私たちの研究は、これも遷移領域の特性であり、したがって、特に太陽風がコロナの現れであるため、太陽コロナの加熱を含む、私たちが特定したメカニズムのために大気全体にわたって持続する可能性があることを初めて示しています惑星間空間に拡大しています。」

次の質問は、そのような現象が太陽全体で同じ速度で起こっているかどうかであるとバハウディンは言いました。 「おそらく答えはノーです」と彼は言った。 「それでは、問題は、それらが冠状動脈の加熱の問題にどの程度寄与するのかということです。数百万度のコロナを維持できるように、上層大気に十分なエネルギーを供給できますか？