磁気は太陽のコロナを加熱するのを助けるかもしれない科学| スミソニアン - 記事、科学、宇宙

ガスストーブで調理する場合、火に近づいたほうが食べ物の加熱が速くなります。しかし、熱力学を無視しているように見えるので、太陽について話しているときにはうまくいきません。太陽の表面は華氏約10, 000度ですが、大気はコロナと呼ばれるその外側の範囲でなんと900万度に達する可能性があり、科学者たちは「どうしたの？」と尋ねてきました。何十年もの間。

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現在、フランスのエコール・ポリテクニックのチームは、少なくとも答えの一部を持っていると考えています。彼らは、新しいコンピューターモデルを使用して、コロナの焼けるような熱の究極の原因は、光球と呼ばれる表面の真下にある磁気の「マングローブ林」であると推測しています。

「誰もがエネルギーが下から来ていることを知っています、そして私たちはそれがたくさんのエネルギーであることを知っています」と研究リーダーのタハール・アマリは言います。問題は、そのエネルギーを生成するものと、表面からコロナに移動する方法です。そこで、今週のNatureで説明した新しいモデルが登場します。

太陽の大部分はプラズマでできており、電子は電子を取り去り、電荷を発生させた原子でできた高温ガスです。その種のガスが回転しているとき、それは発電機またはダイナモのように機能します。新しいモデルでは、太陽のプラズマが渦を巻き、解き放つこれらのダイナモを作成します。ダイナモは磁場を生成し、エネルギーを蓄積できます。これはすべて、太陽の上方900マイル（半径432, 000マイルのほんの一部）で発生します。ダイナモは長続きせず、平均して約8分間ですが、時には大きな構造物を養うには十分です。

結果として生じる磁場が互いにねじれ、回転し、交差すると、再結合と呼ばれる現象でエネルギーを放出することができます。 2つ以上のフィールドを互いに近くに配置すると、それらのフィールドの極は、最近傍の新しい磁力線を作成しようとし、その過程でフィールドの形状を再配置します。その後、過剰なエネルギーは熱、電磁波、または運動エネルギーとして放出され、さらに彩層に送り込まれます。この層は、光球からコロナに移行する領域まで約1, 200マイルに広がります。

このモデルによると、エネルギーダンプはプラズマの爆発を彩層に送り込み、空気中を移動する音波に似た波を作り出します。これらは、1940年代にその存在を最初に提案した物理学者HannesAlfvénにちなんで、Alfvénwaveと呼ばれます。アルフベン波のエネルギーはコロナで放散され、コロナは観測された数百万度に達するほど熱くなります。

太陽の表面から発生する複雑な磁場のモデルは、マングローブの木の根と枝に似ていることを強調しています。（タハール・アマリ/体格センター.CNRS-Ecole Polytechnique.FRANCE）

アマリは、システム全体をマングローブ林にたとえています。一番下には根があり、それらが一緒になって木の幹を形成しています。木のてっぺんは、エネルギーが蓄積される場所です。彼は、この種のコロナ加熱を得るには、表面から1平方メートルあたり約4, 500ワットが必要であり、それが彼のモデルが生成するものだと指摘しました。

現在のところ、作業はコンピューターシミュレーションに過ぎず、何が起こっているのかを直接観察する方法はまだありません、とアマリは言います。しかし、太陽の既存の間接的な観測は、彼のモデルをもっともらしいものにします。たとえば、冠状動脈の温度は、11年の太陽黒点サイクルであまり変化しないようです。「黒点は周期に敏感です。この磁場はそうではありません」とアマリは言います。黒点は太陽に深く根ざした磁気magnetic乱であるため、2つの現象が関連していない場合、それはコロナ加熱用の比較的浅いドライバーのアマリのモデルをサポートします。

別の要因は、太陽竜巻の発見です。これは、いくつかの現象がエネルギーを表面から彩層とコロナに輸送し、モデルを強化できることを示しています。さらに、太陽表面を観察すると、一部の元素のスペクトル線が2つ以上の成分に分割されていることがわかります。これは、モデルが示すような強い局所磁場がある場合に発生します。

昨年、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センターの太陽物理学者であるジェフ・ブロシウスは、ナノフレアと呼ばれる小さなフレアがコロナ加熱の原因であると提案しました。ナノフレアは、コロナをループする巨大な磁場によって引き起こされます。磁力線は時々交差し、熱としてエネルギーを放出する現在のシートを作成します。

2つのバージョンは仕様が異なりますが、必ずしも矛盾しているわけではありません。「ナノフレアのメカニズムは未解決の問題です」と、どちらの研究にも関与しなかったゴダードの研究天体物理学者ジム・クリムチュクは言います。「コロナでの磁場の再結合（太陽表面の下でアマリの小さな噴火を引き起こし、それらのエネルギーの大部分を彩層に蓄積させるのと同じプロセス）が関与する可能性があります。下からコロナに打ち上げられました。両方のことが起こっていると確信しています。それは単なる比例の問題です。」

Klimchukによると、新しいモデルはこの厄介な太陽の謎を理解する上で重要なステップです。「私の知る限り、[彩層で噴火を起こすダイナモ]は他のシミュレーションでは見られなかったので、この挙動の詳細を解明し、それが正しいことを確認することが重要です」と彼は言います。「彩層およびコロナ加熱の問題は解決されていませんが、これらの結果は今後の経路に関する重要な手がかりを提供する可能性があります。」

編集者注：この記事は、ダイナモが太陽モデルで以前に見られたことを明確にするために更新されました。