Även om det är långt över 40 år gammalt, kommer Dunn Solar Telescope i Sunspot, New Mexico inte att titta på en förtidspensionering. Tvärtom, den har utrustats med den nya Facility Infrared Spectropolarimeter (FIRS) och gör redan nyheter om sina solfynd. FIRS ger samtidig spektral täckning vid synliga och infraröda våglängder genom användning av en unik dubbelarmad spektrograf. Genom att använda adaptiv optik för att övervinna atmosfäriska 'se'-förhållanden, tog teamet sig an sju aktiva regioner på solen - en 2001 och sex under december 2010 till december 2011 - när solfläckscykel 23 försvann. Det fullständiga solfläcksprovet har 56 observationer av 23 olika aktiva regioner... och visade att väte kan fungera som en typ av energiavledningsanordning som hjälper solen att få ett magnetiskt grepp om sina fläckar.
'Vi tror att molekylärt väte spelar en viktig roll i bildandet och utvecklingen av solfläckar', säger Dr. Sarah Jaeggli, en nyutexaminerad University of Hawaii i Manoa vars doktorsforskning utgjorde en nyckelfaktor i de nya rönen. Hon genomförde forskningen med Drs. Haosheng Lin, också från University of Hawaii i Manoa, och Han Uitenbroek från National Solar Observatory i Sunspot, NM. Jaeggli är nu postdoktor i solcellsgruppen vid Montana State University. Deras arbete publiceras i numret 1 februari 2012 avThe Astrophysical Journal.
Du behöver inte vara solfysiker för att veta om solens 11-årscykel, eller för att förstå hur solfläckar är kallare områden med intensiv magnetism. Tro det eller ej, inte ens proffs är helt säkra på hur alla mekanismer fungerar... speciellt de som orsakar solfläcksbildande områden som fördröjer normala konvektiva rörelser. Av de saker vi har lärt oss har fläckens inre temperatur en korrelation med dess magnetiska fältstyrka - med en kraftig ökning när temperaturen svalnar. 'Det här resultatet är förbryllande', skrev Jaeggli och hennes kollegor. Det innebär en oupptäckt mekanism inuti platsen.
NOAA 11131 solfläcksregionen (6 december 2010) var den mest intensiva fläcken som uppmätts i denna studie, men långt ifrån den största som solen kan producera. De två nedersta bilderna visar styrkan hos magnetfältet (C) och kontrasten mellan fläckens inre och den omgivande fotosfären (D). Den första grafen (A) visar hur OH börjar dyka upp i penumbra och fortsätter att stiga när magnetfältets styrka ökar. Eftersom OH bildas vid en lägre temperatur än H2, innebär dess närvaro den mängd vätemolekyler som kan vara närvarande (B). (anpassad från Jaeggli et al, 2012)
En teori är att väteatomer som kombineras till vätemolekyler kan vara ansvariga. När det gäller vår sol är majoriteten av väte joniserade atomer eftersom den genomsnittliga yttemperaturen bedöms till 5780K (9944 grader F). Men eftersom Sol anses vara en 'cool stjärna' har forskare hittat indikationer på tunga elementmolekyler i solspektrumet - inklusive överraskande vattenånga. Den här typen av fynd kan bevisa att umbralregionerna kan tillåta vätemolekyler att kombineras i ytskikten – en förutsägelse på 5 % som gjorts av den avlidne professorn Per E. Maltby och kollegor vid universitetet i Oslo. Denna typ av växling kan orsaka drastiska dynamiska förändringar när det gäller gastrycket.
'Bildandet av en stor del av molekylerna kan ha viktiga effekter på solatmosfärens termodynamiska egenskaper och solfläckarnas fysik', skrev Jaeggli.
Med direkta mätningar utanför våra nuvarande möjligheter, mätte teamet sedan en proxy – hydroxylradikalen gjord av en atom vardera av väte och syre (OH). Enligt National Solar Observatory 'dissocierar OH (bryts in i atomer) vid en något lägre temperatur än H2, vilket betyder att H2 också kan bildas i regioner där OH är närvarande. Av en slump är en av dess infraröda spektrallinjer 1565,2nm, nästan samma som 1565nm-linjen av järn, som används för att mäta magnetism i en punkt och en av linjerna som FIRS är designad att observera.'
Spektrallinjer är de unika 'fingeravtrycken i ljus' som alla atomer och molekyler producerar. I närvaro av ett magnetfält i en het gas splittras vissa linjer, vilket förråder närvaron och styrkan hos magnetfälten. Varje linje motsvarar elektroner som avger energi i diskreta mängder, eller kvanta, som ljus. Att pålägga ett magnetfält på atomen gör att elektronerna producerar flera linjer istället för en. Spridningen av dessa linjer är ett direkt mått på styrkan hos magnetfältet och är större i det röda och i det infraröda spektrumet. Den här bilden visar solfläcksspektra tagna av FIRS med linjer centrerade vid 630,2 nm (vänster) och 1564,8 nm (höger). Notera det breddade området i färgellipserna, vilket indikerar linjedelning inuti en fläck, och hur breddningen är större vid den längre våglängden. Kontrasten justeras för att öka synligheten i de infällda lådorna.
Genom att kombinera både gamla och nya data, mätte teamet magnetiska fält över solfläckar och OH-intensiteten inuti fläckarna, och bedömde H2-koncentrationerna. 'Vi hittade bevis för att betydande mängder vätemolekyler bildas i solfläckar som kan upprätthålla magnetiska fält starkare än 2 500 Gauss,' kommenterade Jaeggli. Hon sa också att dess närvaro leder till en tillfällig 'springande' intensifiering av magnetfältet.
När det gäller anatomin hos en solfläck så kokar magnetiskt flöde upp från solens inre och bromsar ytkonvektion – vilket i sin tur stoppar kallare gas som har strålat ut sin värme i rymden. Därifrån skapas molekylärt väte, vilket minskar volymen. Eftersom den är mer genomskinlig än sin atomära motsvarighet, strålar dess energi också ut i rymden så att gasen kan svalna ännu mer. Vid denna punkt komprimerar den heta gasen som flödet fyller ihop det kallare området och intensifierar magnetfältet. – Så småningom planar det ut, delvis från energi som strålar in från den omgivande gasen. Annars skulle fläcken växa utan gränser. När magnetfältet försvagas, värms H2- och OH-molekylerna upp och dissocierar tillbaka till atomer, vilket komprimerar de återstående svala områdena och förhindrar att platsen kollapsar.'
För närvarande medger teamet att ytterligare datormodellering krävs för att validera deras observationer och att de flesta av de aktiva regionerna hittills har varit milda. De hoppas att Sunspot Cycle 24 ska ge dem mer bränsle för att vara 'coola' ...
Ursprunglig berättelsekälla: National Solar Observatory News Release .