För första gången har forskare observerat plasmavågor från en solflamma fokuserad av ett koronalt hål, som liknar fokuseringen av ljudvågor som är ansvariga för Rotunda-effekten i arkitekturen eller fokuseringen av ljus med ett teleskop eller mikroskop.
Fyndet, som visas i Nature Communications , skulle kunna användas för att diagnostisera plasmaegenskaper, inklusive "soltsunamis" som genereras av solflammor, och i undersökningen av plasmavågsfokusering från andra astronomiska system.
Solkoronan är den yttersta delen av solens atmosfär, en region som består av magnetiska plasmaslingor och solflammor. Den består mestadels av laddade joner och elektroner och sträcker sig miljontals kilometer ut i rymden och har en temperatur på över en miljon Kelvin, och är särskilt framträdande under en total solförmörkelse, då den kallas en "ring av eld."
Magnetohydrodynamiska vågor i koronan är svängningar i elektriskt laddade vätskor som påverkas av solens magnetfält. De spelar en grundläggande roll i koronan, värmer upp koronalplasman, accelererar solvinden och genererar kraftfulla solflammor som lämnar koronan och reser ut i rymden.
De har tidigare observerats genomgå typiska vågfenomen som brytning, transmission och reflektion i koronan, men har hittills inte observerats vara fokuserade.
Med hjälp av högupplösta observationer från Solar Dynamics Observatory, en NASA-satellit som har observerat solen sedan 2010, analyserade en forskargrupp bestående av forskare från flera kinesiska institutioner och en från Belgien data från en solflare från 2011.
Blossen exciterade stor intensitet, nästan periodiska störningar som rörde sig längs solytan. En form av magnetohydrodynamiska vågor, data avslöjade en serie bågformade vågfronter med blossens centrum i centrum.
Detta vågtåg fortplantade sig mot mitten av solskivan och rörde sig genom ett koronalt hål – ett område med relativt kall plasma – på en låg latitud i förhållande till solens ekvator, med en hastighet av cirka 350 kilometer per sekund.
Ett koronalt hål är ett tillfälligt område med sval, mindre tät plasma i solkoronan; här sträcker sig solens magnetfält ut i rymden bortom koronan. Ofta går det förlängda magnetfältet tillbaka till koronan till ett område med motsatt magnetisk polaritet, men ibland tillåter magnetfältet en solvind att fly ut i rymden mycket snabbare än vågens ythastighet.
I denna observation, när vågfronterna rörde sig genom den bortre kanten av det koronala hålet, ändrades de ursprungliga bågformade vågfronterna till en anti-bågform, med krökningen vänd 180 grader, från böjd utåt till sadelformad utåt. De konvergerade sedan till en punkt fokuserad på den bortre sidan av det koronala hålet, som liknade en ljusvåg som passerar genom en konvergerande lins, med formen på det koronala hålet som fungerar som en magnetohydrodynamisk lins.
Numeriska simuleringar som använder egenskaperna hos vågorna, koronan och det koronala hålet bekräftade att konvergens var det förväntade resultatet.
Gruppen kunde bara bestämma vågornas intensitetsamplitudvariation efter att vågtåget – serien av rörliga vågfronter – passerat genom det koronala hålet.
Som förväntat ökade intensiteten (amplituden) för de magnetohydrodynamiska vågorna från hålet till brännpunkten mellan två till sex gånger, och energiflödestätheten ökade med en faktor på nästan sju från förfokuseringsområdet till området nära brännpunkten punkt, som visar att det koronala hålet också fokuserade energi, precis som en konvex teleskoplins.
Brännpunkten var cirka 300 000 km från kanten av det koronala hålet, men fokuseringen är inte perfekt eftersom formen på det koronala hålet inte är exakt. Denna typ av magnetohydrodynamisk linsning kan därför förväntas inträffa med planetariska, stjärn- och galaktiska formationer, ungefär som gravitationslinsningen av ljus (av många våglängder) som har observerats runt vissa stjärnor.
Även om solmagnetohydrodynamiska vågfenomen som refraktion, transmission och reflektion i korona tidigare har observerats, är detta den första linseffekten av sådana vågor som har observerats direkt. Linseffekten tros bero på skarpa förändringar (gradienter) av koronatemperaturen, plasmatätheten och solens magnetiska fältstyrka vid gränsen för det koronala hålet, såväl som hålets speciella form.
Med tanke på dessa förklarade numeriska simuleringar linseffekten genom metoderna för klassisk geometrisk akustik, som används för att förklara beteendet hos ljudvågor, liknande den geometriska optiken för ljusvågor.
"Kronalhålet fungerar som en naturlig struktur för att fokusera energin från magnetohydrodynamiska vågor, liknande den vetenskapliga friktionsboken [och filmen] "The Three-Body Problem", där solen används som en signalförstärkare," sa co- författaren Ding Yuan från Shenzhen Key Laboratory of Numerical Prediction for Space Storm vid Harbin Institute of Technology i Guangdong, Kina.
