De första direkta mätningarna av magnetfältet i solens kromosfär av ett team inklusive University of Warwick-fysiker har gett de första observationsbevisen på att enorma tornados i vår sols atmosfär produceras av virvlande magnetfält.

Roterande rörelse är utbredd i naturen, från malströmmar i floder, turbulens i flygplan, att klara av tornados och cykloner. I universum, vi finner rotation i virvlarna i Jupiters atmosfär, i ansamlingsskivor av stjärnor och i spiralgalaxer.

De konstanta rörelserna på solens yta skapar gigantiska tornados i kromosfären, ett atmosfäriskt lager som är uppkallat efter dess röda färg som ses under totala solförmörkelser. Tromborna är några tusen kilometer i diameter, och som sina namne på jorden bär de massa och energi högt upp i atmosfären. De studeras därför intensivt som energikanaler för att förklara den extraordinära uppvärmningen av solkoronan.

Den huvudsakliga byggstenen för soltornados är trassliga magnetfält. Dock, det är notoriskt svårt att mäta magnetfältet i solens kromosfär. Detta arbete presenterar den första direkta observationen av kromosfärens magnetfält för att avslöja soltornados magnetiska natur.

I en studie som ska publiceras i Astronomi &Astrofysik tidning, ett team av medarbetare från det italienska nationella institutet för astrofysik (INAF), University of Warwick och den italienska rymdorganisationen (ASI) har uppnått den första tredimensionella tomografin av magnetfälten som spiralerar i en soltornado och har mätt deras svaga polarimetriska signaler. Detta genombrott möjliggjordes tack vare enastående mätningar gjorda med INAF IBIS-instrumentet (Interferometric Bidimensional Spectrometer) vid DST-solteleskopet i New Mexico (USA).

Dr. Juie Shetye från Center for Fusion, Rymd och astrofysik vid University of Warwick hyllar identifieringen av vridna magnetfält i sådana tornados som ett genombrott. Dr Shetye säger, "Direkta mätningar av magnetfältet i solens kromosfär har hittills varit svårfångade och denna studie öppnar dörren till en ny era av solforskning. Dessutom, solforskning är på väg in i en ny epok av solobservationer med öppnandet av nästa generations teleskop som 4-meters Daniel K. Inouye Solar Telescope på Hawaii, där Storbritannien och University of Warwick deltar. Detta teleskop kommer att tillåta solfysiker, att lösa magnetfält på lokal länsnivå. Vi är i början av en spännande resa som kommer att reda ut solens nya magnetiska förvecklingar."

University of Warwicks Dr. Erwin Verwichtes sofistikerade analytiska metoder användes för att undersöka den grundläggande naturen hos dessa vågor. Dr Verwichte förklarar:"Dessa kromosfäriska tornados är naturliga laboratorier för att studera utbredningen av vågor och energin de bär in i koronan. Vår studie visar att fasmönster för ljudvågor i tromben kan efterlikna rotation och måste beaktas vid mätning styrkan hos soltornados."

"Sedan deras upptäckt 2011, de numeriska simuleringarna har antytt att de roterande strukturerna som observeras i solkromosfären är spår av magnetiska strukturer som genom sin rotation tvingar solplasman att röra sig uppåt längs magnetfältslinjerna genom centrifugalkrafter, säger Mariarita Murabito, forskare vid Rome-INAF.

"Detta plasmaflöde kan accelereras mot de överliggande lagren av solens atmosfär. Det fanns dock inga observationsbevis för dessa processer. Att bekräfta soltornados magnetiska natur är ett viktigt kunskapssteg."

"Studien av transporten och förlusten av energi i solens atmosfär är av grundläggande betydelse för att förstå uppvärmningsmekanismerna i solens yttre regioner och solvindens acceleration." Sa Marco Stangalini (ASI) från forskargruppen. "De magnetiska fälten som virvlar i dessa virvlar representerar de idealiska fysiska förhållandena för excitation av magnetiska vågor, som anses vara en av huvudaktörerna i uppvärmningen av solkoronan och för att accelerera solvinden. Det är första gången som, tack vare högupplösta spektropolarimetriska IBIS-data, det uppnåddes den tredimensionella tomografin av magnetfälten i dessa strukturer, säger Stangalini.

De observationer som utförts med IBIS under de senaste åren har förbättrat vår kunskap om solatmosfären, i synnerhet kromosfärens struktur och dynamik, av utvecklingen av magnetiska element i liten och stor skala, and of the excitation and propagation of waves in magnetic regions." Comments Ilaria Ermolli (INAF). "A team of researchers and technologists of various INAF institutes and Universities is working to update the instrument, in order to operate it soon to get new observations of the sun's atmosphere with the resolution required to advance our understanding of physical processes underlying the solar activity and space weather."