Solens synliga yta, eller fotosfären, är runt 6, 000°C. Men några tusen kilometer ovanför den – ett litet avstånd när vi tänker på solens storlek – solatmosfären, även kallad corona, är hundratals gånger varmare, nå en miljon grader celsius eller högre.

Denna temperaturökning, trots det ökade avståndet från solens huvudsakliga energikälla, har observerats i de flesta stjärnor, och representerar ett grundläggande pussel som astrofysiker har funderat över i årtionden.

1942, den svenske vetenskapsmannen Hannes Alfvén föreslog en förklaring. Han teoretiserade att magnetiserade vågor av plasma kunde bära enorma mängder energi längs solens magnetfält från dess inre till koronan, förbi fotosfären innan den exploderar med värme i solens övre atmosfär.

Teorin hade preliminärt accepterats - men vi behövde fortfarande bevis, i form av empirisk observation, att dessa vågor fanns. Vår senaste studie har äntligen uppnått detta, validerar Alfvéns 80 år gamla teori och tar oss ett steg närmare att utnyttja detta högenergifenomen här på jorden.

Brännande frågor

Problemet med koronal uppvärmning har etablerats sedan slutet av 1930-talet, när den svenske spektroskopisten Bengt Edlén och den tyske astrofysikern Walter Grotrian första gången observerade fenomen i solens korona som bara kunde finnas om dess temperatur var några miljoner grader celsius.

Detta representerar temperaturer upp till 1, 000 gånger varmare än fotosfären under den, som är solens yta som vi kan se från jorden. Att uppskatta fotosfärens värme har alltid varit relativt enkelt:vi behöver bara mäta ljuset som når oss från solen, och jämför det med spektrummodeller som förutsäger temperaturen på ljuskällan.

Under många decennier av studier, fotosfärens temperatur har konsekvent uppskattats till cirka 6, 000°C. Edlén och Grotrians upptäckt att solens korona är så mycket varmare än fotosfären – trots att de ligger längre från solens kärna, dess yttersta energikälla – har lett till mycket huvudet i det vetenskapliga samfundet.

Forskare tittade på solens egenskaper för att förklara denna skillnad. Solen består nästan helt av plasma, vilket är starkt joniserad gas som bär en elektrisk laddning. Rörelsen av denna plasma i konvektionszonen - den övre delen av solens inre - producerar enorma elektriska strömmar och starka magnetfält.

Dessa fält dras sedan upp från solens inre genom konvektion, och sprängas på dess synliga yta i form av mörka solfläckar, som är kluster av magnetiska fält som kan bilda en mängd olika magnetiska strukturer i solatmosfären.

Det är här Alfvéns teori kommer in. Han resonerade att inom solens magnetiserade plasma skulle alla bulkrörelser av elektriskt laddade partiklar störa magnetfältet, skapar vågor som kan transportera enorma mängder energi längs stora avstånd – från solens yta till dess övre atmosfär. Värmen färdas längs det som kallas solmagnetiska flödesrör innan den spricker in i koronan, producerar dess höga temperatur.

Dessa magnetiska plasmavågor kallas nu Alfvén-vågor, och deras del i att förklara koronal uppvärmning ledde till att Alfvén tilldelades Nobelpriset i fysik 1970.

Iakttagande av Alfvén-vågor

Men det kvarstod problemet med att faktiskt observera dessa vågor. Det händer så mycket på solens yta och i dess atmosfär – från fenomen många gånger större än jorden till små förändringar under upplösningen för vår instrumentering – att direkta observationsbevis för Alfvén-vågor i fotosfären inte har uppnåtts tidigare.

Men de senaste framstegen inom instrumentering har öppnat ett nytt fönster genom vilket vi kan undersöka solfysik. Ett sådant instrument är Interferometric Bidimensional Spectropolarimeter (IBIS) för avbildningsspektroskopi, installerat vid Dunn Solar Telescope i den amerikanska delstaten New Mexico. Detta instrument har gjort det möjligt för oss att göra mycket mer detaljerade observationer och mätningar av solen.

Kombinerat med bra utsiktsförhållanden, avancerade datorsimuleringar, och ansträngningarna från ett internationellt team av forskare från sju forskningsinstitutioner, vi använde IBIS för att slutligen bekräfta, för första gången, förekomsten av Alfvén-vågor i solmagnetiska flödesrör.

Ny energikälla

Den direkta upptäckten av Alfvén-vågor i solfotosfären är ett viktigt steg mot att utnyttja deras höga energipotential här på jorden. De kan hjälpa oss att forska om kärnfusion, till exempel, vilket är den process som äger rum inuti solen som innebär att små mängder materia omvandlas till enorma mängder energi. Våra nuvarande kärnkraftverk använder kärnklyvning, som kritiker hävdar producerar farligt kärnavfall – särskilt i fallet med katastrofer inklusive den som ägde rum i Fukushima 2011.

Att skapa ren energi genom att replikera solens kärnfusion på jorden är fortfarande en stor utmaning, eftersom vi fortfarande skulle behöva generera 100 miljoner grader celsius snabbt för att fusion ska ske. Alfvén-vågor kan vara ett sätt att göra detta. Vår växande kunskap om solen visar att det verkligen är möjligt – under rätt förhållanden.

Vi förväntar oss också fler solavslöjanden snart, tack vare nya, banbrytande uppdrag och instrument. European Space Agencys Solar Orbiter-satellit är nu i omloppsbana runt solen, levererar bilder och tar mätningar av stjärnans okända polarområden. Terrestriskt, avtäckningen av nya, Högpresterande solteleskop förväntas också förbättra våra observationer av solen från jorden.

Med många solens hemligheter fortfarande att upptäcka, inklusive egenskaperna hos solens magnetfält, det här är en spännande tid för solstudier. Vår upptäckt av Alfvén-vågor är bara ett bidrag till ett bredare fält som vill låsa upp solens återstående mysterier för praktiska tillämpningar på jorden.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.