Medan världen har hanterat coronavirus-pandemin, forskare vid University of Hawaiʻi Institute for Astronomy (IfA) har arbetat hårt med att studera solkorona, solens yttersta atmosfär som expanderar till interplanetariskt rymd. Denna ström av laddade partiklar som strålar ut från solens yta kallas solvinden och expanderar för att fylla hela solsystemet.

Solkoronans egenskaper är en konsekvens av solens komplexa magnetfält, som produceras i solens inre och sträcker sig utåt. En ny studie av IfA-studenten Benjamin Boe, publicerad onsdag, 3 juni i Astrofysisk tidskrift , använde observationer av total solförmörkelse för att mäta formen på det koronala magnetfältet med högre rumslig upplösning och över ett större område än någonsin tidigare.

Koronan är lättast att se under en total solförmörkelse - när månen är direkt mellan jorden och solen, blockerar solens ljusa yta. Betydande tekniska framsteg under de senaste decennierna har flyttat mycket av fokus till rymdbaserade observationer vid våglängder av ljus som inte är tillgängliga från marken, eller till stora markbaserade teleskop som Daniel K. Inouye Solar Telescope på Maui. Trots dessa framsteg, vissa aspekter av koronan kan endast studeras under totala solförmörkelser.

Det är därför Boes rådgivare och koronalforskningsexpert, Shadia Habbal, har lett en grupp förmörkelsejagare som gjort vetenskapliga observationer under solförmörkelser i över 20 år. De så kallade "solvindssherpas" reser jorden runt och jagar totala solförmörkelser, transportera känsliga vetenskapliga instrument på flygplan, helikoptrar, bilar, och även hästar för att nå de optimala platserna. Dessa solförmörkelseobservationer har lett till genombrott när det gäller att avslöja några av hemligheterna bakom de fysiska processerna som definierar koronan.

"Coronan har observerats med totala solförmörkelser i mer än ett sekel, men aldrig tidigare hade förmörkelsebilder använts för att kvantifiera dess magnetiska fältstruktur, " förklarade Boe, "Jag visste att det skulle vara möjligt att extrahera mycket mer information genom att tillämpa modern bildbehandlingsteknik på solförmörkelsedata." Boe spårade mönstret för fördelningen av magnetfältslinjer i koronan, med hjälp av en automatisk spårningsmetod tillämpad på bilder av korona som tagits under 14 förmörkelser under de senaste två decennierna. Dessa data gav chansen att studera förändringarna i korona under två 11-åriga magnetiska cykler av solen.

Boe fann att mönstret för de koronala magnetfältslinjerna är mycket strukturerat, med strukturer som ses i storleksskalor ner till upplösningsgränsen för kamerorna som används för observationerna. Han såg också mönstret förändras med tiden. För att kvantifiera dessa förändringar, Boe mätte magnetfältsvinkeln i förhållande till solens yta.

Under perioder med minimal solaktivitet, koronans fält emanerade nästan rakt ut ur solen nära ekvatorn och polerna, medan den kom ut i en mängd olika vinklar på mellanbreddgrader. Under solaktivitetens maximala å andra sidan, det koronala magnetfältet var mycket mindre organiserat och mer radiellt.

"Vi visste att det skulle ske förändringar under solcykeln, " anmärkte Boe, "men vi förväntade oss aldrig hur utvidgat och strukturerat koronalfältet skulle vara. Framtida modeller måste förklara dessa egenskaper för att till fullo förstå det koronala magnetfältet."

Dessa resultat utmanar de nuvarande antagandena som används i koronal modellering, som ofta antar att det koronala magnetfältet är radiellt bortom 2,5 solradier. Istället, detta arbete fann att det koronala fältet ofta var icke-radiellt till minst fyra solradier.

Detta arbete har ytterligare implikationer inom andra områden av solforskning, inklusive bildandet av solvinden, som påverkar jordens magnetfält och kan ha effekter på marken, som strömavbrott.

"Dessa resultat är av särskilt intresse för bildning av solvindar. Det indikerar att de ledande idéerna för hur man modellerar bildningen av solvinden inte är fullständiga, och så kan vår förmåga att förutsäga och försvara sig mot rymdväder förbättras, sa Boe.

Teamet planerar redan sina nästa förmörkelseexpeditioner, med nästa planerad till Sydamerika i december i år.

Resultaten publiceras i numret av den 3 juni Astrofysisk tidskrift , och finns även tillgängliga i preprint-form på ArXiv.