Datorsimuleringar visar att miniatyrsolfacklor med smeknamnet 'lägereldar, " upptäcktes förra året av ESA:s Solar Orbiter, sannolikt drivs av en process som kan bidra väsentligt till uppvärmningen av solens yttre atmosfär, eller corona. Om det bekräftas av ytterligare observationer lägger detta till en nyckelbit till pusslet om vad som värmer solkoronan - ett av solfysikens största mysterier.

Lägereldar är ett av många ämnen som diskuteras i en dedikerad Solar Orbiter första resultatsession vid European Geosciences Union (EGU) generalförsamling idag.

Mystisk uppvärmning

Solen har en mystisk egenskap:på något sätt innehåller den svaga yttre atmosfären gas med en temperatur på en miljon grader, ändå är solytan bara 5500°C. Logik skulle föreslå att om du har en kropp som är väldigt varm i mitten och relativt sval på ytan, det borde bli ännu svalare ju längre du kommer bort. Men det märkliga med solens korona – och många andra stjärnor också – är att den börjar värmas upp ju längre man rör sig över ytan. Många idéer har lagts fram under de senaste decennierna som siktar in sig på solens magnetfält, men hur energin genereras, transporteras och skingras har varit en källa till mycket debatt.

Gå in i Solar Orbiter, med ett av dess huvudmål att undersöka djupare in i detta mysterium.

Fantastiska detaljer som redan tillhandahålls av Solar Orbiters Extreme Ultraviolet Imager (EUI) "first light"-bilder bara månader efter lanseringen förra året och sedan dess har avslöjat mer än 1500 små, flimrande ljusare smeknamnet lägereldar. Dessa kortlivade lägereldar varar i mellan 10 och 200 sekunder, och har ett fotavtryck som täcker mellan 400 och 4000 km. De minsta och svagaste händelserna, som inte har observerats tidigare, verkar vara det rikligast, och representerar en tidigare osynlig fin struktur i regionen där uppvärmningsmysteriet misstänks vara förankrat.

Modell av lägereldar

Yajie Chen, en Ph.D. student från Peking University i Kina, arbetar med professor Hardi Peter från Max Planck Institute for Solar System Research i Tyskland och kollegor, använde en datormodell för att dyka in i lägereldarnas fysik, med spännande första resultat.

"Vår modell beräknar utsläppen, eller energi, från solen som du förväntar dig ett riktigt instrument för att mäta, " förklarar Hardi. "Modellen genererade ljusare precis som lägereldar. Vidare, den spårar ut magnetfältslinjerna, gör det möjligt för oss att se förändringarna av magnetfältet i och runt de ljusare händelserna över tiden, talar om för oss att en process som kallas komponentåterkoppling verkar vara på gång."

Återkoppling är ett välkänt fenomen där magnetfältslinjer i motsatt riktning bryts och sedan återansluts, släpper energi när de gör det. Typisk återkoppling sker mellan fältlinjer som pekar i motsatta riktningar, men med så kallad komponentåterkoppling är fältlinjerna nästan parallella, pekar i liknande riktning, med återinkoppling sker därför i mycket små vinklar.

"Vår modell visar att energin som frigörs från ljusstyrkorna genom komponentåterkoppling kan räcka för att upprätthålla temperaturen på solkoronan som förutspåtts från observationer, säger Yajie.

"I en av våra fallstudier, vi upptäcker att avvridningen av ett flödesrep [spiralformade magnetfältslinjer som slingrar sig runt en gemensam axel] initierar uppvärmningen istället, " tillägger Hardi. "Det är spännande att hitta dessa varianter, och vi ser fram emot att se vilka ytterligare insikter våra modeller ger för att hjälpa oss att förbättra våra teorier om processerna bakom uppvärmningen."

Teamet varnar för att det är väldigt tidigt. De har använt modellen för att titta på sju av de ljusaste händelserna som genererats i deras simulering, som sannolikt motsvarar de största lägereldar som observerats av EUI. Nyckeln till att främja studien kommer att vara gemensamma observationer mellan EUI och rymdfarkostens Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI) och Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE) spektrograf när Solar Orbiters fullständiga vetenskapsuppdrag kommer igång i november. PHI kommer att avslöja solens magnetfält och hur det förändras på ytan, medan SPICE kommer att mäta temperaturen och densiteten på koronan.

Lagarbete

Ytterligare insikt i lägereldar har också möjliggjorts genom att koppla ihop med NASA:s Solar Dynamics Observatory, som är i omloppsbana runt jorden, att triangulera lägereldars höjd i solatmosfären.

"Till vår förvåning, lägereldar ligger mycket lågt i solatmosfären, bara några tusen kilometer ovanför solytan, fotosfären, säger David Berghmans, Huvudutredare för EUI. "Det är väldigt tidiga dagar, och vi lär oss fortfarande mycket om lägereldens egenskaper. Till exempel, även om lägereldar ser ut som små koronala slingor, deras längd är i genomsnitt lite kort för deras längd, vilket tyder på att vi bara ser en del av dessa små slingor. Men vår preliminära analys visar också att lägereldar inte riktigt ändrar sin höjd under sin livstid, sätter dem åt sidan från jetliknande egenskaper."

Att förstå lägereldarnas egenskaper och deras plats bland andra kända solfenomen kommer att göra det möjligt för forskare att dyka djupare in i problemet med solkoronauppvärmning.

"Hur fantastiskt att redan ha så lovande data som kan ge insikt i ett av solfysikens största mysterier innan Solar Orbiter ens har börjat sin nominella vetenskapsfas, " säger ESA:s Solar Orbiter Project Scientist Daniel Müller. "Vårt uppdrag är turligt att bygga på det otroliga markarbetet av dem som har flugit tidigare, och de teorier och modeller som redan lagts fram under de senaste decennierna. Vi ser fram emot att se vilka saknade detaljer Solar Orbiter – och solenergigemenskapen som arbetar med vår data – kommer att bidra till att lösa öppna frågor inom detta spännande område."

Solar Orbiter är för närvarande i "kryssningsfas, " fokuserade främst på instrumentkalibrering, och kommer att påbörja samordnade observationer mellan sin svit med tio fjärranalysinstrument och in situ-instrument från november i år.

Solar Orbiter är ett rymduppdrag för internationellt samarbete mellan ESA och NASA.

"Övergående småskaliga ljusningar i den tysta solkoronan:en modell för lägereldar observerade med Solar Orbiter" av Y. Chen et al, godkänd för publicering i Astronomi och astrofysik .

"Extrema UV tysta solljusningar observerade av Solar Orbiter/EUI" av D. Berghmans et al, godkänd för publicering i Astronomi och astrofysik

"Stereoskopi av extrema UV tysta solljusningar observerade av Solar Orbiter/EUI" av A. Zhukov et al, har lämnats till Astronomi och astrofysik .