De ce atmosfera Soarelui este de sute de ori mai fierbinte decât suprafața sa. Cum ne ajută această cercetare la explorarea fuziunii nucleare

Suprafața vizibilă a Soarelui sau fotosfera este de aproximativ șase mii de grade Celsius. Dar la câteva mii de kilometri deasupra ei – o mică distanță când luăm în considerare dimensiunea Soarelui – atmosfera solară este de sute de ori mai fierbinte, ajungând la un milion de grade Celsius sau mai mult.

Această creștere a temperaturii, în ciuda distanței crescute față de principala sursă de energie a Soarelui, a fost observată la majoritatea stelelor și reprezintă un puzzle fundamental pe care astrofizicienii l-au analizat timp de decenii.

În 1942, omul de știință suedez Hannes Alfvén a propus o explicație. El a teoretizat că undele magnetizate de plasmă pot transporta cantități uriașe de energie de-a lungul câmpului magnetic al Soarelui, de la interiorul său până la coroană, ocolind fotosfera înainte de a exploda cu căldură în atmosfera superioară a Soarelui.

Teoria fusese acceptată cu titlu provizoriu, dar încă aveam nevoie de dovezi, sub forma observației empirice, că aceste valuri existau. Astfel, un studiu recent a realizat, în cele din urmă, acest lucru, validând teoria veche de 80 de ani a lui Alfvén și ducându-ne cu un pas mai aproape de valorificarea acestui fenomen.

Trucul pentru ca robinetele din baie să fie mereu strălucitoare. Cu ce trebuie să le ștergi ca să rămână curate zile la rând

Iluzia optică care îți păcălește creierul. Dacă vezi două fețe în culori diferite, ai picat în capcană, de fapt

Problema încălzirii coronale a fost stabilită de la sfârșitul anilor 1930, când spectroscopistul suedez Bengt Edlén și astrofizicianul german Walter Grotrian au observat pentru prima dată fenomene în coroana Soarelui care ar putea fi prezente doar dacă temperatura sa ar fi fost de câteva milioane de grade Celsius.

Misterele Soarelui se elucidează treptat

Aceasta reprezintă temperaturi de până la o mie de ori mai mari decât fotosfera de sub ea, care este suprafața Soarelui pe care o putem vedea de pe Pământ. Estimarea căldurii fotosferei a fost întotdeauna relativ simplă: trebuie doar să măsurăm lumina care ne ajunge de la Soare și să o comparăm cu modelele de spectru care prezic temperatura sursei de lumină.

De-a lungul multor decenii de studiu, temperatura fotosferei a fost constant estimată la aproximativ 6.000 °C. Descoperirea lui Edlén și Grotrian, conform căreia coroana Soarelui este mult mai fierbinte decât fotosfera, în ciuda faptului că este mai departe de nucleul Soarelui, sursa sa de energie supremă, a dus la dileme în comunitatea științifică.

Oamenii de știință s-au uitat la proprietățile Soarelui pentru a explica acest fenomen. Soarele este compus aproape în totalitate din plasmă, care este un gaz puternic ionizat ce poartă o încărcare electrică. Mișcarea acestei plasme în zona de convecție produce curenți electrici uriași și câmpuri magnetice puternice.

Aceste câmpuri sunt apoi transmise din interiorul Soarelui prin convecție și se sparg pe suprafața sa vizibilă, sub formă de pete solare întunecate, care sunt grupuri de câmpuri magnetice ce pot forma o varietate de structuri magnetice în atmosfera solară.

Aici intervine teoria lui Alfvén. El a argumentat că în plasma magnetizată a Soarelui orice mișcare în masă a particulelor încărcate electric ar perturba câmpul magnetic, creând unde care pot transporta cantități uriașe de energie pe distanțe mari – de la suprafața Soarelui până la atmosfera sa superioară. Căldura se deplasează înainte de a exploda în coroană, producând o temperatură ridicată.

Aceste unde magnetice de plasmă sunt acum numite “unde Alfvén”, iar rolul lor în explicarea încălzirii coronare a dus la premiul Nobel pentru fizică al lui Alfvén în 1970.

Ce spune teoria lui Alfvén despre Soare

Dar a rămas problema observării efective a acestor valuri. Se întâmplă atât de multe pe suprafața Soarelui și în atmosfera sa – de la fenomene de multe ori mai mari decât Pământul, la mici modificări sub rezoluția instrumentelor cercetătorilor – încât dovezile observaționale directe ale undelor Alfvén din fotosferă nu au fost realizate până acum.

Dar progresele recente în instrumentare au deschis o nouă fereastră prin care oamenii de știință pot examina fizica solară. Un astfel de instrument este Spectropolarimetrul bidimensional interferferometric (IBIS) pentru spectroscopie imagistică, instalat la telescopul solar Dunn din statul american New Mexico. Acest instrument le-a permis cercetătorilor să facă observații și măsurători mult mai detaliate ale Soarelui.

Combinat cu condiții bune de vizionare, simulări computerizate avansate și eforturile unei echipe internaționale de oameni de știință din șapte instituții de cercetare, IBIS a fost folosit pentru a confirma, în cele din urmă, pentru prima dată, existența undelor Alfvén în tuburile de flux magnetic solar.

Descoperirea directă a undelor Alfvén în fotosfera solară este un pas important către exploatarea potențialului lor energetic ridicat aici pe Pământ. Acestea ne-ar putea ajuta să cercetăm fuziunea nucleară, de exemplu, care este procesul care se desfășoară în interiorul Soarelui, care implică cantități mici de materie transformate în cantități uriașe de energie. Actualele noastre centrale nucleare folosesc fisiunea nucleară, despre care criticii susțin că produce deșeuri nucleare periculoase – mai ales în cazul dezastrelor, inclusiv cel care a avut loc la Fukushima în 2011.

Explorarea fuziunii nucleare

Crearea de energie curată prin reproducerea fuziunii nucleare a Soarelui pe Pământ rămâne o provocare uriașă, pentru că ar mai trebui să generăm o sută de milioane de grade Celsius, pentru ca fuziunea să aibă loc. Valurile Alfvén ar putea fi o modalitate de a face acest lucru. Cunoașterea tot mai mare despre Soare arată că este cu siguranță posibil – în condițiile potrivite.

De asemenea, ne așteptăm la mai multe revelații solare în curând, datorită misiunilor și instrumentelor noi, inovatoare. Satelitul Solar Orbiter al Agenției Spațiale Europene se află acum pe orbită în jurul Soarelui, oferind imagini și măsurând regiunile polare neexplorate ale stelei. Terestru, dezvăluirea unor noi telescoape solare de înaltă performanță este, de asemenea, de așteptat să îmbunătățească observațiile asupra Soarelui de pe Pământ.

Cu multe secrete ale Soarelui încă de descoperit, inclusiv proprietățile câmpului magnetic al Soarelui, acesta este un moment interesant pentru studiile solare. Detectarea undelor Alfvén este doar o contribuție la un câmp mai larg care caută să deblocheze misterele rămase ale Soarelui pentru aplicații practice pe Pământ.