Solens korona, osynligt för det mänskliga ögat utom när det uppträder kort som en brinnande gloria av plasma under en solförmörkelse, förblir ett pussel även för forskare som studerar det noggrant. Ligger 1, 300 miles från stjärnans yta, det är mer än hundra gånger varmare än lägre lager mycket närmare fusionsreaktorn i solens kärna.

Ett team av fysiker, ledd av NJIT:s Gregory Fleishman, har nyligen upptäckt ett fenomen som kan börja reda ut vad de kallar "en av de största utmaningarna för solmodellering" - att bestämma de fysiska mekanismerna som värmer den övre atmosfären till 1 miljon grader Fahrenheit (500, 000 grader Celsius) och högre. Deras resultat, som står för tidigare oupptäckt termisk energi i korona, publicerades nyligen i 123-åringen Astrofysisk tidskrift , vars redaktörer har inkluderat grundläggande rymdforskare som Edwin Hubble.

"Vi visste att något riktigt spännande händer i gränssnittet mellan fotosfären - solens yta - och koronan, med tanke på de märkbara skillnaderna i den kemiska sammansättningen mellan de två skikten och den kraftiga ökningen av plasmatemperaturerna vid denna korsning, " konstaterar Fleishman, en framstående forskningsprofessor i fysik.

Med en serie observationer från NASA:s rymdbaserade Solar Dynamics Observatory (SDO), teamet har avslöjat regioner i koronan med förhöjda nivåer av tungmetalljoner som finns i magnetiska flödesrör - koncentrationer av magnetiska fält - som bär en elektrisk ström. Deras levande bilder, fångas i det extrema (kortvågiga) ultravioletta (EUV) bandet, avslöja oproportionerligt stora - med en faktor fem eller mer - koncentrationer av multipelladdade metaller jämfört med enelektronjoner av väte, än vad som finns i fotosfären.

Järnjonerna finns i vad teamet kallar "jonfällor" som ligger vid basen av koronala slingor, bågar av elektrifierad plasma riktade av magnetfältslinjer. Förekomsten av dessa fällor, de säger, antyder att det finns mycket energiska koronala loopar, utarmad på järnjoner, som hittills har undvikit upptäckt i EUV-området. Endast metalljoner, med sina fluktuerande elektroner, producera utsläpp som gör dem synliga.

"Dessa observationer tyder på att koronan kan innehålla ännu mer termisk energi än vad som direkt observeras i EUV-området och som vi ännu inte har redogjort för, " säger han. "Denna energi är synlig i andra våglängder, dock, och vi hoppas kunna kombinera våra data med forskare som ser dem genom mikrovågor och röntgenstrålar, såsom forskare vid NJIT:s Expanded Owens Valley Solar Array, till exempel, för att klargöra brister i energi som vi har kunnat kvantifiera hittills."

Det finns olika teorier, ingen ännu avgörande, som förklarar koronans fräsande värme:magnetiska energilinjer som återansluter i den övre atmosfären och frigör explosiv energi och energivågor som dumpas i koronan, där de omvandlas till termisk energi, bland andra.

"Innan vi kan ta itu med hur energi genereras i corona, vi måste först kartlägga och kvantifiera dess termiska struktur, " konstaterar Fleishman.

"Det vi vet om koronans temperatur kommer från att mäta EUV-utsläpp som produceras av tunga joner i olika joniseringstillstånd, som beror på deras koncentrationer, såväl som plasmatemperatur och densitet, " tillägger han. "Den ojämna fördelningen av dessa joner i rum och tid verkar påverka temperaturen på koronan."

Metalljonerna kommer in i koronan när solflammor av olika storlek förstör fällorna, och de förångas till fluxslingor i den övre atmosfären.

Energiutsläpp i solflammor och tillhörande former av utbrott uppstår när magnetfältslinjer, med sina kraftfulla underliggande elektriska strömmar, är vridna bortom en kritisk punkt som kan mätas med antalet varv i vridningen. Det största av dessa utbrott orsakar det som kallas rymdväder - strålningen, energiska partiklar och magnetfält frigörs från solen som är kraftfulla nog att orsaka allvarliga effekter i jordens närmiljö, som avbrott i kommunikationen, kraftledningar och navigationssystem.

Det är först genom de senaste framstegen inom avbildningsförmåga som solforskare nu kan göra rutinmätningar av fotosfäriska magnetfältsvektorer för att beräkna den vertikala komponenten av elektriska strömmar, och, samtidigt, kvantifiera EUV-utsläppen från tunga joner.

"Innan dessa observationer, vi har bara tagit hänsyn till de koronala slingorna fyllda med tunga joner, but we could not account for flux tubes depleted of them, " Fleishman says. "Now all of these poorly understood phenomena have a solid physical foundation that we can observe. We are able to better quantify the corona's thermal structure and gain a clearer understanding of why ion distribution in the solar atmosphere is non-uniform in space and variable in time."

Scientists at NJIT's Big Bear Solar Observatory (BBSO) have captured the first high-resolution images of magnetic fields and plasma flows originating deep below the Sun's surface, tracing the evolution of sunspots and magnetic flux ropes through the chromosphere before their dramatic appearance in the corona as flaring loops.

EUV emissions, dock, can only be observed from space. The SDO, aboard a spacecraft launched in 2010, measures both magnetic field and EUV emissions from the whole Sun. The implications of the corona's temperature structure, and whether it allows the Sun to transfer more heat into the solar system, "is the subject of future study, " Fleishman says.