Under fem månader i mitten av 2017, Emily Mason gjorde samma sak varje dag. Anländer till hennes kontor på NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, hon satt vid sitt skrivbord, öppnade sin dator, och stirrade på bilder av solen - hela dagen, varje dag. "Jag tittade förmodligen igenom tre eller fem års data, " uppskattade Mason. Sedan, i oktober 2017, hon stannade. Hon insåg att hon hade tittat på fel sak hela tiden.

Murare, en doktorand vid The Catholic University of America i Washington, D.C., letade efter koronalt regn:gigantiska plasmaklot, eller elektrifierad gas, som droppar från solens yttre atmosfär tillbaka till dess yta. Men hon förväntade sig att hitta den i hjälmstreamers, de miljoner mil höga magnetslingorna – uppkallade efter deras likhet med en riddares spetsiga hjälm – som kan ses sticka ut från solen under en solförmörkelse. Datorsimuleringar förutspådde att koronregnet kunde hittas där. Observationer av solvinden, gasen som flyr från solen och ut i rymden, antydde att regnet kunde hända. Och om hon bara kunde hitta den, den underliggande regnframkallande fysiken skulle få stora konsekvenser för det 70-åriga mysteriet om varför solens yttre atmosfär, känd som corona, är så mycket varmare än dess yta. Men efter nästan ett halvt års sökande, Mason kunde bara inte hitta den. "Det var mycket att leta, Mason sa, "för något som aldrig hände till slut."

Problemet, Det visade sig, var inte vad hon letade efter, men var. I en tidning som publicerades idag i Astrofysiska tidskriftsbrev , Mason och hennes medförfattare beskriver de första observationerna av koronalt regn i en mindre, tidigare förbisedd typ av magnetslinga på solen. Efter en lång, slingrande sökning i fel riktning, fynden skapar en ny koppling mellan den onormala uppvärmningen av koronan och källan till den långsamma solvinden - två av de största mysterierna som solvetenskapen står inför idag.

Hur det regnar på solen

Observerad genom de högupplösta teleskopen monterade på NASA:s SDO-rymdfarkost, solen - en varm boll av plasma, vimlar av magnetfältslinjer spårade av jätte, eldiga loopar – verkar ha få fysiska likheter med jorden. Men vår hemplanet ger några användbara guider för att analysera solens kaotiska tumult:bland dem, regn.

På jorden, regn är bara en del av det större vattnets kretslopp, en oändlig dragkamp mellan värmen och tyngdkraften. Det börjar när flytande vatten, samlas på planetens yta i hav, sjöar, eller strömmar, värms upp av solen. En del av det avdunstar och stiger upp i atmosfären, där det svalnar och kondenserar till moln. Så småningom, dessa moln blir tillräckligt tunga att gravitationens dragkraft blir oemotståndlig och vattnet faller tillbaka till jorden som regn, innan processen startar på nytt.

På solen, Mason sa, koronalregn fungerar på liknande sätt, "men istället för 60 graders vatten har du att göra med en miljon graders plasma." Plasma, en elektriskt laddad gas, samlas inte som vatten, utan spårar istället magnetslingorna som dyker upp från solens yta som en berg-och dalbana på spår. Vid slingans fotpunkter, där den fäster på solens yta, plasman överhettas från några tusen till över 1,8 miljoner grader Fahrenheit. Den expanderar sedan uppåt i slingan och samlas vid sin topp, långt från värmekällan. När plasman svalnar, den kondenserar och tyngdkraften lockar den ner för slingans ben som koronalt regn.

Mason letade efter koronalregn i hjälmsemper, men hennes motivation för att leta dit hade mer att göra med denna underliggande uppvärmnings- och kylningscykel än regnet i sig. Åtminstone sedan mitten av 1990-talet, forskare har känt till att hjälmsemper är en källa till den långsamma solvinden, en förhållandevis långsam, tät ström av gas som försvinner från solen separat från dess snabbrörliga motsvarighet. Men mätningar av den långsamma solvindsgasen avslöjade att den en gång hade värmts upp i extrem grad innan den kyldes och flydde från solen. Den cykliska processen med uppvärmning och kylning bakom koronalt regn, om det hände inuti hjälmens streamers, skulle vara en pusselbit.

Den andra orsaken är kopplad till problemet med koronal uppvärmning - mysteriet om hur och varför solens yttre atmosfär är cirka 300 gånger varmare än dess yta. Slående, simuleringar har visat att koronalt regn bara bildas när värme appliceras till botten av slingan. "Om en slinga har koronalt regn på sig, det betyder att de nedersta 10 % av det, eller mindre, det är där koronal uppvärmning sker, " sa Mason. Regnande slingor ger en mätstav, en brytpunkt för att bestämma var koronan värms upp. Att börja sin sökning i de största slingorna de kunde hitta – jättelika hjälmstreamers – verkade som ett blygsamt mål, och en som skulle maximera deras chanser att lyckas.

Hon hade de bästa uppgifterna för jobbet:Bilder tagna av NASA:s Solar Dynamics Observatory, eller SDO, en rymdfarkost som har fotograferat solen var tolfte sekund sedan den lanserades 2010. Men nästan ett halvt år in i sökandet, Mason hade fortfarande inte observerat en enda droppe regn i en hjälmstreamer. Hon hade, dock, märkte en mängd små magnetiska strukturer, som hon inte var bekant med. "De var riktigt ljusa och de fortsatte att dra mina ögon, " sa Mason. "När jag äntligen tittade på dem, visst hade de tiotals timmars regn åt gången."

I början, Mason var så fokuserad på sin hjälmstreameruppdrag att hon inte gjorde något av observationerna. "Hon kom till gruppmötet och sa:"Jag hittade det aldrig - jag ser det hela tiden i dessa andra strukturer, men de är inte hjälmstreamers, '" sa Nicholeen Viall, en solforskare vid Goddard, och en medförfattare till tidningen. "Och jag sa, 'Vänta... håll ut. Var ser du det? Jag tror inte att någon har sett det förut!'"

En mätstav för uppvärmning

Dessa strukturer skilde sig från hjälmstreamers på flera sätt. Men det mest slående med dem var deras storlek.

"Dessa slingor var mycket mindre än vad vi letade efter, sade Spiro Antiochos, som också är solfysiker på Goddard och medförfattare till tidningen. "Så det säger dig att uppvärmningen av koronan är mycket mer lokaliserad än vi trodde."

Även om fynden inte säger exakt hur koronan värms upp, "de trycker ner golvet där koronal uppvärmning kan hända, " sa Mason. Hon hade hittat regnslingor som var ett 30-tal, 000 mil högt, bara två procent av höjden på några av de hjälmstreamers hon ursprungligen letade efter. Och regnet kondenserar regionen där den viktigaste koronala uppvärmningen kan ske. "Vi vet fortfarande inte exakt vad som värmer koronan, men vi vet att det måste hända i det här lagret, " sa Mason.

En ny källa för den långsamma solvinden

Men en del av observationerna stämde inte överens med tidigare teorier. Enligt nuvarande uppfattning, koronalt regn bildas bara på slutna slingor, där plasman kan samlas och svalna utan någon form av flykt. Men när Mason sållade igenom data, hon hittade fall där regn bildades på öppna magnetfältslinjer. Förankrad till solen i endast ena änden, den andra änden av dessa öppna fältlinjer matas ut i rymden, och plasma där kunde fly in i solvinden. För att förklara anomalien, Mason och teamet utvecklade en alternativ förklaring - en som kopplade regnet på dessa små magnetiska strukturer till ursprunget till den långsamma solvinden.

I den nya förklaringen, den regnande plasman börjar sin resa i en sluten slinga, men växlar – genom en process som kallas magnetisk återanslutning – till en öppen. Fenomenet inträffar ofta på solen, när en sluten slinga stöter på en öppen fältlinje och systemet kopplar om sig självt. Plötsligt, den överhettade plasman på den slutna slingan befinner sig på en öppen fältlinje, som ett tåg som har bytt spår. En del av den plasman kommer snabbt att expandera, kyla ner, och faller tillbaka till solen som koronalt regn. Men andra delar av den kommer att undkomma – bildas, de misstänker, en del av den långsamma solvinden.

Mason arbetar för närvarande på en datorsimulering av den nya förklaringen, men hon hoppas också att kommande observationsbevis kan bekräfta det. Nu när Parker Solar Probe, lanserades 2018, färdas närmare solen än någon rymdfarkost före den, den kan flyga genom skurar av långsam solvind som kan spåras tillbaka till solen – potentiellt, till en av Masons koronalregnhändelser. Efter att ha observerat koronalt regn på en öppen fältlinje, den utgående plasman, fly till solvinden, normalt skulle gå förlorad för eftervärlden. Men inte längre. "Potentiellt kan vi göra den kopplingen med Parker Solar Probe och säga, det var det, " sa Viall.

Gräva igenom data

Vad gäller att hitta koronalt regn i hjälmsemper? Sökandet fortsätter. Simuleringarna är tydliga:regnet ska finnas där. "Den kanske är så liten att du inte kan se den?" sa Antiochos. "Vi vet verkligen inte."

Men å andra sidan, om Mason hade hittat det hon letade efter kanske hon inte hade gjort upptäckten – eller har ägnat all den tiden åt att lära sig detaljerna i soldata.

"Det låter som ett slag, men ärligt talat är det min favorit sak, " sa Mason. "Jag menar att det är därför vi byggde något som tar så många bilder av solen:så vi kan titta på dem och ta reda på det."