Från att korsa sanddyner i Saharaöknen till att hålla utkik efter isbjörnar i Arktis, en grupp solforskare känd som "solvindsherpas" ledd av Shadia Habbal, har rest till jordens ändar för att vetenskapligt observera totala solförmörkelser – de flyktiga ögonblicken när månen helt blockerar solen, tillfälligt förvandlar dag till natt. Med bilderna, de har avslöjat ett överraskande fynd om solens vind och dess trasiga yttre atmosfär – koronan – som bara är synlig i sin helhet under en förmörkelse.

Från mer än ett decenniums observationer av total förmörkelse som tagits runt om i världen, teamet märkte att koronan håller en ganska konstant temperatur, trots dynamiska förändringar i regionen som inträffar vid en 11-årig rotation som kallas solcykeln. Liknande, solvinden – den jämna ström av partiklar som solen släpper ut från koronan ut över solsystemet – matchar samma temperatur.

"Temperaturen vid källorna till solvinden i koronan är nästan konstant under en solcykel, sa Shadia Habbal, en solforskare vid University of Hawaii som ledde studien. "Detta fynd är oväntat eftersom koronala strukturer drivs av förändringar i fördelningen av magnetiserade plasma i korona, som varierar så mycket under den 11-åriga magnetiska solcykeln."

De nya rönen, publiceras i Astrofysiska tidskriftsbrev , hjälper forskare att bättre förstå solvinden, som är en nyckelkomponent i rymdvädret som kan påverka elektronikhårdvara och astronautaktiviteter i rymden. Resultaten kan också hjälpa forskare att förstå ett långvarigt solmysterium:hur koronan blir över en miljon grader varmare än lägre atmosfäriska skikt.

Mer än bara vackra bilder

Forskare har använt totala solförmörkelser i över ett sekel för att lära sig mer om vårt universum, inklusive dechiffrera solens struktur och explosiva händelser, hitta bevis för teorin om allmän relativitet, och till och med upptäcka ett nytt grundämne – helium. Medan instrument som kallas coronagraphs kan efterlikna förmörkelser, de är inte tillräckligt bra för att komma åt hela omfattningen av korona som avslöjas under en total solförmörkelse. Istället, astronomer måste resa till avlägsna områden på jorden för att observera koronan under förmörkelser, som inträffar ungefär var 12:e till 18:e månad och bara varar några minuter.

Genom resor till Australien, Libyen, Mongoliet, Oregon, och vidare, teamet samlade 14 år av högupplösta total solförmörkelsebilder från hela världen. De fångade förmörkelserna med hjälp av kameror utrustade med specialiserade filter för att hjälpa dem att mäta temperaturen på partiklarna från den innersta delen av koronan, solvindens källor.

Forskarna använde ljus som sänds ut av två vanliga typer av laddade järnpartiklar i koronan för att bestämma temperaturen på materialet där. Resultaten visade oväntat att mängden av de kallare partiklarna – som var rikligare och visade sig bidra med det mesta av solvindmaterialet – var förvånansvärt konsekvent vid olika tidpunkter under solcykeln. Det glesa hetare materialet varierade mycket mer med solcykeln medan solvindhastigheten varierade från 185 till 435 miles per sekund.

"Det betyder att vad som än värmer upp majoriteten av korona- och solvinden inte är särskilt beroende av solens aktivitetscykel, sa Benjamin Boe, en solforskare vid University of Hawaii involverad i den nya forskningen.

Fyndet är överraskande eftersom det tyder på att även om majoriteten av solvinden kommer från källor som har en ungefär konstant temperatur, det kan ha väldigt olika hastigheter. "Så nu är frågan, vilka processer håller temperaturen på solvindens källor vid ett konstant värde?" sa Habbal.

Den dynamiska solen

Teamet jämförde också förmörkelsedata med mätningar tagna från NASAs Advanced Composition Explorer, eller ACE, rymdskepp, som sitter i rymden 1 miljon miles från jorden i solens riktning och var också avgörande för att avslöja egenskaperna hos den dynamiska komponenten i solvinden. Den dynamiska vindens variabla hastigheter kännetecknades av variabiliteten av järnladdningstillstånden associerade med dem. Rymdfarkostens data visade att hastigheterna för partiklarna som ses i den variabla solvinden förändrades i förhållande till järnladdningstillstånden som är associerade med dem. De höga temperaturerna runt händelser som kallas prominenser, upptäckt från observationer av förmörkelse, visade sig vara ansvariga för den dynamiska vinden och enstaka koronala massutkastningar - ett stort moln av solplasma och inbäddade magnetfält som släpps ut i rymden efter ett solutbrott.

Även om teamet inte vet varför källorna till solvinden har samma temperatur, de tror att hastigheterna varierar beroende på tätheten i regionen de kommer från, som i sig bestäms av det underliggande magnetfältet. Snabbflygande partiklar kommer från områden med låg densitet, och långsammare från högdensitetsregioner. Detta beror troligen på att energin är fördelad mellan alla partiklar i en region. Så i områden där det finns färre partiklar, det finns mer energi för varje enskild partikel. Det här liknar att dela en födelsedagstårta — om det är färre personer, det finns mer tårta för varje person.

De nya rönen ger nya insikter om solvindens egenskaper, som är en nyckelkomponent i rymdvädret som kan påverka rymdbaserade kommunikationssatelliter och astronomiska observationsplattformar. Teamet planerar att fortsätta resa jorden runt för att observera totala solförmörkelser. De hoppas att deras ansträngningar så småningom kan kasta ett nytt ljus över det långvariga solmysteriet:hur koronan når en temperatur på en miljon grader, mycket varmare än solytan.