Güneş'e En Çok Yaklaşan Uzay Aracı, Korona Fiziğini Yeniden Şekillendiriyor

Güneş'in nefesini hissedecek kadar yakın: Bir uzay aracı Güneş'e hiç olmadığı kadar yaklaştı

Bu yılın başlarında, bir uzay aracı tarihteki diğer tüm keşif araçlarından daha fazla Güneş'e yaklaştı ve fizikçileri güneş bilimindeki klasik bir problemi yeniden yazmaya zorlayan bir dizi ölçüm gönderdi. NASA'nın Parker Güneş Sondası, en cesur karşılaşmaları sırasında görünür güneş yüzeyinden yaklaşık 3,8 milyon mil kadar yaklaşarak Güneş'in dış atmosferine defalarca daldı. Güneş rüzgarının doğduğu ve hala Güneş'in manyetik alanıyla güçlü bir şekilde etkileşime girdiği yerde alınan bu ham, yerinde (in-situ) parçacık ve alan okumaları; enerjinin rüzgara nasıl aktarıldığını ve koronanın neden milyonlarca derece sıcaklıkta olduğunu ortaya çıkarmak için yeni analiz araçlarıyla birlikte kullanılıyor.

Parker Güneş Sondası 2018'de fırlatıldı ve günberisini iç helyosfere indirmek için bir dizi Venüs kütleçekim desteği kullanıyor. En yakın geçişlerinde uzay aracı, yakın zamana kadar helyofizikçiler için tamamen teorik bir bölge olan alanlara girdi. Bu yakınlık büyük önem taşıyor: Sondadaki cihazlar iyonların ve elektronların hız dağılımlarını uzaktan ışık veya radyo imzaları aracılığıyla dolaylı olarak değil, doğrudan örnekliyor. Bu dağılımlar birçok modelin varsaydığı basit, çan şeklindeki Maxwell eğrilerine benzemiyor; aksine yakın zamandaki ısınmanın ve dalga aktivitesinin parmak izlerini taşıyan çarpık ve yapılandırılmış bir form sergiliyor.

Sonda koronayı ve yeni oluşmakta olan güneş rüzgarını fiziksel olarak geçtiği için bilim insanları yerel ölçümleri uzun süredir devam eden teorilerin beklentileriyle karşılaştırabiliyor. Veri seti hem yakınlığı hem de doğruluğu açısından sıra dışı: Manyetik alanlar, parçacık hızları ve yoğunlukları, bir dizi frekanstaki elektromanyetik dalgalar — tamamı Güneş'in birkaç milyon mil yakınında ölçüldü. Bu kombinasyon, araştırmacıların bir yüzyıldan uzun süredir tartışılan ısınma mekanizmalarını test etmelerine, reddetmelerine ve geliştirmelerine olanak tanıyor.

Uzay aracının Güneş'e neden daha yakın uçtuğu, koronal ısınmaya dair ipuçlarını ortaya çıkarıyor

Bu gözlemlerin merkezindeki yüzyıllık gizem koronal ısınma problemidir: Güneş'in dış atmosferi olan korona, altındaki görünür yüzeyden kat kat daha sıcaktır. Fotosfer 5.800 kelvin civarındayken, korona milyonlarca kelvinlik sıcaklıklara ulaşır. Enerjinin Güneş'in alt katmanlarından yukarıya, çok daha sıcak hale gelen seyreltik bir plazmaya nasıl taşındığı, yüksek korona sıcaklıklarının ilk kez 20. yüzyılın başlarında tahmin edilmesinden bu yana bir bilmece olmuştur.

Bu yıl yayınlanan yeni çalışma, bu bilmeceyle doğrudan yüzleşmek için Parker'ın yakın ölçümlerini ALPS (Arbitrary Linear Plasma Solver - Keyfi Doğrusal Plazma Çözücü) adı verilen sayısal bir analiz aracıyla birlikte kullanıyor. ALPS, bilim insanlarının gözlemlenen Maxwell dışı parçacık hızı dağılımlarının iyon ölçekli elektromanyetik dalgalarla nasıl etkileşime girdiğini hesaplamasına olanak tanıyor: Hangi dalgaların yayıldığı, hangilerinin emildiği ve ne kadar enerji değişimi olduğu belirlenebiliyor. Sonuç, termalleşmiş parçacık popülasyonlarını varsayan önceki modellere kıyasla, iç helyosferdeki enerji akışının çok daha ayrıntılı bir muhasebesidir.

Sondanın buldukları: Dalgalar, sönümlenme ve yavaş soğuma

Yeni analizin ana başlığı, güneş rüzgarının Güneş'ten kaçarken sadece genişleyip soğumadığıdır; aksine küçük ölçekli dalga-parçacık etkileşimlerinden kaynaklanan sürekli bir ısınma yaşamaktadır. Parker'ın ölçümleri, iyon hızlarında kalıcı anizotropiler ve termal dengeden sapmalar olduğunu gösteriyor ve ALPS bu termal olmayan özelliklerin iyon ölçekli dalgaların yayılmasını ve emilmesini sağladığını işaret ediyor. Bu dalgaların belirli parçacık popülasyonları tarafından emilmesi, enerjiyi parçacıklara aktarıyor ve aksi takdirde saf genişlemeden kaynaklanacak olan soğumayı yavaşlatıyor.

Bilim insanları gözlemlenebilir sonucu "sönümlenme" olarak tanımlıyor: Dalga enerjisi parçacık kinetik enerjisine dönüştürülüyor ve iyonlar ile elektronlar arasında yeniden dağıtılıyor. Bu sönümlenme tekdüze değildir; yerel manyetik geometriye, hız dağılımlarının şekline ve hangi dalga modlarının mevcut olduğuna bağlıdır. Mekansal olarak değişen bu ısınma, koronanın Güneş'e yakın yerlerde neden bu kadar sıcak kaldığını ve güneş rüzgarının dışarı doğru akarken hızını nasıl kazandığını açıklamaya yardımcı oluyor.

Uzay havası, uydular ve astrofizik için etkiler

Bunlar sadece ezoterik ayrıntılar değildir. Güneş rüzgarının nasıl ve nerede ısıtıldığının daha iyi anlaşılması, koronal kütle atımlarının ve parçacık fırtınalarının Dünya'ya giderken nasıl geliştiğini tahmin eden modellere doğrudan veri sağlar. Parçacık dağılımlarının ve sönümlenmenin daha gerçekçi bir şekilde ele alınması, güneş patlamalarının helyosfer boyunca seyahat ederken ne kadar hızlı ve ne kadar enerjik hale geleceğine dair hesaplamaları değiştirecektir. Uyduları, elektrik şebekelerini ve kutuplara yakın havacılık rotalarını yönetenler için bu, geliştirilmiş uyarılar ve azaltılmış risk anlamına gelebilir.

Dünya yakınındaki çevrenin ötesinde, bir uzay aracının Güneş'e hiç olmadığı kadar yakın uçtuğu yerde ortaya çıkarılan fizik, geniş bir erişim alanına sahiptir. Sıcak, manyetize plazmalar evrenin her yerinde bulunur: Kara deliklerin etrafındaki yığılma disklerinde, diğer yıldızlardan gelen rüzgarlarda ve galaksiler arasındaki seyreltik gazda. Aynı tür dalga-parçacık süreçleri ve termal olmayan hız dağılımları muhtemelen bu sistemlerdeki enerji yayılımını da kontrol etmektedir, bu nedenle Parker'dan alınan dersler önümüzdeki yıllarda astrofizik modellerine dahil edilecektir.

Bu durum tabloyu nasıl değiştiriyor ve sırada ne var

Şimdiye kadar birçok model, yeni doğan güneş rüzgarını yaklaşık olarak termal kabul ediyordu ve dalga ısınması için basitleştirilmiş reçeteler kullanıyordu. Yeni, doğrudan ölçümler bu varsayımların önemli enerji aktarım kanallarını gözden kaçırdığını gösteriyor. Yerinde verileri ALPS gibi çözücülerle birleştirerek, araştırmacılar artık hangi parçacık popülasyonlarının hangi radyal mesafelerde enerji kazandığını tahmin edebiliyorlar. Bu tahminler, uzay aracı güneş döngüsü boyunca koronanın farklı bölümlerini örnekledikçe, Parker'ın tekrarlanan geçişleriyle doğrulanabilir.

Sıraki adımlar arasında, analiz edilen karşılaşma setini genişletmek, Parker'ın verilerini diğer uzay araçlarından gelen uzaktan gözlemlerle karşılaştırmak ve geliştirilmiş ısınma terimlerini küresel helyosferik modellere dahil etmek yer alıyor. Ekipler halihazırda Güneş'in atmosferindeki "geri dönüşü olmayan noktayı" — plazmanın Güneş'in manyetik hapsinden kaçtığı sınırı — haritalamak ve sönümlenme ile dalga emiliminin güneş aktivitesiyle nasıl değiştiğini belirlemek için çalışıyorlar. Parker günberisini düşürmeye devam ettikçe, bu haritalar daha yüksek çözünürlük ve tahmin gücü kazanacak.

Kaynaklar