Solen er v?r n?rmeste stjerne. Den er grunnlaget for alt liv. Menneskeheten har studert den opp og i mente. Likevel er det noen mysterier som holder solfysikerne v?kne om nettene.
Det ene er hvorfor solen har en syklus p? elleve ?r. Det andre er hvorfor koronaen, som er det ytterste laget i solatmosf?ren, blir varmet opp til én million grader. Der er det forbausende mye varmere enn p? soloverflaten, der temperaturen ?bare? er 6000 grader. Det tredje er: Hva driver solvinden, den konstante str?mmen av ladete partikler som bl?ser ut i verdensrommet?
Astrofysikerne sliter ogs? med ? forst? magnetismen p? solen.
Ved Universitetet i Oslo leter forskere etter svar. De bruker alt fra bakketeleskoper med ekstrem oppl?sning til tunge beregninger p? superdatamaskiner for ? fravriste solen dens mysterier.
– Vi legger brikke p? brikke i det store puslespillet. Vi har f?tt nye resultater og er kommet langt, poengterer Mats Carlsson. Han er professor p? Institutt for teoretisk astrofysikk og er leder av Rosseland senter for solfysikk, et senter for fremragende forskning. Senteret er verdensledende i ? bruke tungregning for ? simulere hvordan solen fungerer og hvordan solen kan p?virke livet p? jorden.
– Innsikten fra v?r egen stjerne kan forklare fenomener i hele kosmos og er et unikt laboratorium for ? forst? stjerner, sorte hull og n?ytronstjerner. Vi kan ikke se detaljene i fjerne stjerner. Men vi kan se disse detaljene p? solen. Det vi l?rer der, gjelder for hele universet, sier hans kollega, professor Luc Rouppe van der Voort.
Solflekkenes m?rke mysterium
Et av de underlige fenomenene p? solen er solflekker. Det er der de st?rste solutbruddene skjer. Solflekkene befinner seg i de omr?dene som astrofysikerne kaller for de aktive delene av solen. N?r solflekkene eksploderer, kan plasma slenges ut i enorme hastigheter mot jorden. Og for dem som ikke kjenner til begrepet plasma: Plasma er den fjerde tilstanden som materie kan v?re i. P? skolebenken l?rte vi at all materie, avhengig av trykk og temperatur, kunne v?re i en av de tre tilstandene fast form, v?ske eller gass. Vi l?rte ikke om plasma, selv om plasma er en overveldende vanlig tilstand i solen og universet for ?vrig. I plasmaet er det s? varmt at elektronene l?sriver seg fra atomkjernene. Det betyr at all materie i plasma best?r av ladete partikler.
– Solflekkene er ikke alltid pene og runde. Noen ganger er de ovale. Noen ganger klumper mange solflekker seg sammen, forteller masterstudent Rebecca Nguyen.
Solflekker er dessuten m?rkere enn resten av soloverflaten. Det er fordi solflekkene er kaldere enn omgivelsene. Men kaldt er et relativt begrep. Vi snakker om 4000 grader. Det er et par tusen grader kj?ligere enn ellers p? soloverflaten.
Store, kaotiske solflekker er som regel farligere enn fine, runde solflekker.
Sterke magnetfelt
Forklaringen p? denne 'kulden' er at solflekker best?r av enormt sterke magnetfelt.
– De sterke magnetfeltene demper str?mmene av det glovarme plasmaet som kommer opp fra solens indre, sier Luc Rouppe van der Voort.
Magnetfeltene er i seg selv usynlige, men ettersom plasmaet, som best?r av ladde partikler, f?lger magnetismen, er det mulig ? studere magnetfeltet ved ? studere formen p? plasmaet.
De magnetiske feltene kan g? igjennom to solflekker, der den ene har polaritet minus, mens den andre har polaritet pluss. Da dannes det en magnetisk l?kke, formet som en omvendt U imellom dem.
– Disse to solflekkene vil derfor v?re bundet av det samme magnetfeltet, sier Luc Rouppe van der Voort.
De mest eksplosive flekkene kan ha begge polaritetene. Her kan det v?re omr?der i solflekken som skiller den positive polariteten fra den negative polariteten. Dette skaper kaotiske magnetfelt og ?ker risikoen for store utbrudd.
– Store, kaotiske solflekker er som regel farligere enn fine, runde solflekker, poengterer han.
De magnetiske str?mningene kan blande seg med hverandre. Da dannes det nye magnetiske koblinger.
– N?r magnetiske feltlinjer i solflekker kolliderer og rekobles, kan det utl?se enorme eksplosjoner, forklarer Rebecca Nguyen.
N?r de magnetiske buene klemmes sammen, vil magnetfeltet etter hvert se ut som et ??ttetall?. M?tepunktet i ?midten av ?ttetallet? vil briste. Grunnet de voldsomme spenningene vil plasmaet i den ??vre delen av ?ttetallet? bli slengt utover.
– Det kan utl?se enorme eksplosjoner. Du kan sammenligne dette med at du drar ut en strikk for s? ? slippe den. Da smeller det, forteller Rebecca Nguyen.
N?r soleksplosjonene blir kraftige nok, er energien s? kraftig at plasmaet slenges ut i verdensrommet. Plasmaet kan da treffe jorden, med de problemene det medf?rer.
Solflekkene lever ikke lenge. De kan v?re der noen uker. S? forsvinner de.
?Telys?-eksplosjoner
I motsetning til solflekkene, som det ikke finnes mange av og som heldigvis ikke oppst?r s? ofte, bugner solen av sm?, kortvarige eksplosjoner.
– De ser ut som sm? telys som blusser opp og d?r ut etter tre til fem minutter, forteller Rebecca Nguyen.
Hvis du kunne ha kommet n?r nok, ville du ha sett at de ikke var s? sm? likevel. ?Telysene? er 100 til 200 kilometer brede og 1000 til 2000 kilometer h?ye.
I 1917 ble de beskrevet av den amerikanske astronomen Ferdinand Ellerman. Han kalte dem hydrogenbomber fordi han ved ? bruke spektralanalyse kunne se at de ene og alene inneholdt hydrogen. Navnet ble etter krigen endret til Ellerman-bomber.
– De sm? bombene p? solen er mye vanligere enn vi hadde tenkt, forteller Mats Carlsson.
Dette er sm? flammer med stor betydning. Ellerman-bombene kan v?re n?kkelen til ? forst? solens eksplosive natur.
– Vi har lenge trodd at disse bombene bare fantes i aktive omr?der rundt solflekker, forteller Luc Rouppe van der Voort.
– Men n? vet vi at de ogs? finnes i de stille delene av solen. Faktisk er det ansl?tt at det finnes rundt 750 000 slike Ellerman-bomber p? solen til enhver tid.
Selv om dette h?res mye ut, utgj?r de likevel bare en bitteliten del av soloverflaten.
Institutt for teoretisk astrofysisk har kommet lengst i verden i ? forske p? dette fenomenet.
– Hva er det egentlig som skjer n?r en Ellermanbombe eksploderer?
– Solens overflate er gjennomsyret av magnetfelt. Det hele er kaotisk. N?r to felt med motsatt polaritet, pluss og minus, kommer tett p? hverandre, kan de plutselig koble seg sammen p? nytt og danne nye magnetiske koblinger. Det frigj?r enorme mengder energi p? kort tid.
Da blir det plutselig veldig varmt. Ellermanbombene ?ker temperaturen fra 6000 til et sted mellom 10 og 15 000 grader. Dette skjer n?r nye magnetfelt fra solens indre m?ter eksisterende felt og danner nye koblinger.
– Det er teorier om at disse bidrar til oppvarmingen av koronaen, men de kan ikke forklare dette alene, presiserer Luc Rouppe van der Voort og legger til:
– Disse sm? eksplosjonene tar kanskje bort litt av det magnetiske stresset som bygges opp hele tiden. De virker som sm? ventiler som tar bort noe av trykket. Dette er spekulasjon. Men vi mener at det m? v?re s?nn.
Uten Ellerman-bombene er sannsynligheten til stede for at soleksplosjonene hadde v?rt mye kraftigere.
– 澳门葡京手机版app下载 av Ellerman-bombene er en av de mange puslespillbrikkene for ? forst? magnetfeltet p? solen. Vi kan da lage bedre simuleringer av hvordan solmagnetismen fungerer. Det langsiktige m?let v?rt er ? forst? hvordan store eksplosjoner oppst?r og hvorfor plasmaet fra solen blir sendt mot jorden. Vi vet ikke om vi kan forutsi soleksplosjoner ved ? studere disse bombene, men de gir oss en st?rre innsikt i hvordan de magnetiske rekoblingene skjer p? solen, sier Luc Rouppe van der Voort.
Selv fra verdens beste solteleskop er det umulig ? se disse bombene med det blotte ?ye. De er s? ?sm?? at de bare fyller to, tre piksler i bildene.
Nguyen har laget en metode som skal gj?re det mulig ? se s? mange som mulig av dem, uten ? f? med hendelser som ikke er Ellerman-bomber.
– Jeg har utviklet denne algoritmen fra bunnen og tester ut nye kriterier for ? finne dem, forteller Rebecca Nguyen.
Ellerman-bombene gjenkjennes p? bildene fordi spektrallinjene av dem ser ut som en mustasje.
– Vi tror at de oppst?r p? samme m?te som soleksplosjoner i magnetfelt. Men det er ikke bekreftet enn?. Kanskje jeg finner ut av det. Det hadde v?rt g?y, sier Rebecca Nguyen.
– Egentlig ?nsker vi ? studere Ellerman-bombene hele tiden, for da kunne vi kanskje ha brukt dem til ? forutsi hvor store soleksplosjonene blir, tilf?yer Luc Rouppe van der Voort.
Lydb?lger
Som om dette ikke er nok, studerer astrofysikerne, i 澳门葡京手机版app下载 med Max Planck-instituttet i den tyske byen G?ttingen, ogs? lydb?lgene i solen. 澳门葡京手机版app下载 av lydb?lger gj?r det mulig ? f? et bilde av hvordan solen ser ut innenifra.
Takket v?re lydb?lgene kan de m?le hvordan solen roterer, hastighet p? gassbevegelsene og hvordan gassen fordeler seg. Dette faget kalles for helioseismologi.
Lydb?lgene trenger ned i solen og blir s? reflektert tilbake. N?r de kommer opp igjen, trenger de atter en gang ned i solen. P? denne m?ten forflytter lydb?lgene seg rundt hele solen. De lydb?lgene som trenger lenger inn i solen enn de andre, har en annen frekvens enn de lydb?lgene som ikke trenger like langt ned.
– Ved ? se p? hvor mange ganger lydb?lgene har flyttet seg opp og ned rundt solen, f?r vi et bilde av hvor langt inn i solen de har v?rt. Observasjonene stemmer ikke overens med simuleringene. N?r noe ikke stemmer, m? vi endre p? modellene. Vi har noen ideer om hvorfor simuleringene ikke stemmer, poengterer Mats Carlsson.
Nordpolen p? solen
Et av de store ?nskene hans er observasjoner fra de to polene p? solen. Solen roterer raskere ved ekvator enn p? polene. Hos noen stjerner er det faktisk omvendt. Dette merkverdige fenomenet oppst?r bare p? himmellegemer som best?r av gass. Det hadde blitt et eventyrlig kaos om det fantes steder p? jorden der rotasjonshastigheten var annerledes enn resten av kloden v?r.
ESA og NASA sender n? satellitten Solar Orbiter opp i en h?yere vinkel for ? f? observasjoner fra polene.
Solteleskopet p? La Palma
For ? forst? solen m? forskerne studere den i detalj. Det gj?r de p? toppen av et fjell p? den ytterste av Kanari?yene, La Palma.
Her ligger det svenske solteleskopet p? 2400 meters h?yde. Teleskopet er sytten meter h?yt. Diameteren p? linsen er nesten én meter.
– Dette er verdens skarpeste solteleskop, forteller Luc Rouppe van der Voort.
Lysstr?len g?r igjennom linsen og treffer et optikkbord med kamera og en rekke instrumenter.
– Vi kan se detaljer ned til 70 kilometer p? solens overflate. Det er som ? se en mynt p? 100 kilometers avstand.
Hver piksel gir et bilde av en bredde p? 35 kilometer. Men de trenger et par piksler for ? f? den oppl?sningen de beh?ver.
– For ? forutsi om en solflekk vil f?re til en st?rre eksplosjon eller ei, m? vi ha gode m?linger av magnetfeltet. P? solobservatoriet f?r vi detaljerte bilder av magnetfeltene helt nederst i solatmosf?ren, sier Carlsson.
Derimot kan de ikke bruke solteleskopet til ? studere magnetfeltet h?yere opp i atmosf?ren. Her kommer simuleringsmodellene inn. Da bruker de datamaskiner til ? beregne magnetfeltet.
Men det er én hake: V?ret. Problemet med landbaserte solteleskop er at forskerne er avhengige av solskinn.
– N?r det f?rst er klarv?r og rolig atmosf?re, f?r vi fantastiske bilder. Men det er sjelden, sier Rebecca Nguyen.
UiO-forskerne f?r bruke teleskopet 42 dager i ?ret, fordelt p? tre runder.
– Sist gang var vi der i to uker. Vi hadde én dag med fantastiske solforhold. De andre dagene var ikke like glamor?se. Vi sitter ofte og venter p? at v?ret skal bli bedre, forteller hun.
– Men én time her og én time der f?r vi fantastisk gode bilder, legger Luc Rouppe van der Voort til.
Det er ikke nok at himmelen er skyfri. Atmosf?ren m? ogs? v?re stille og fri for turbulens. Luften kan best? av bobler med ulik tetthet. Slikt forstyrrer lysb?lgene fra solen.
– De beste forholdene er n?r atmosf?ren er fin og jevn, forteller Rebecca Nguyen.
M?linger fra rommet
Heldigvis er det ogs? mulig ? observere solen fra verdensrommet. Men der er ikke oppl?sningen god nok til ? oppdage de sm? Ellerman-bombene. Bare de store.
– Hvis vi hadde klart ? bruke observasjoner fra rommet, kunne vi ha f?tt kontinuerlige bilder av disse bombene og dermed en st?rre forst?else av det store bildet, men dette har vi enn? ikke f?tt til.
Forskerne kombinerer bakkedata med observasjoner fra rommet. Satellitter som IRIS, SDO og Solar Orbiter gir kontinuerlige m?linger, men med lavere oppl?sning. Observasjonene fra satellittene er av ulike lag i solatmosf?ren. Ved ? koble sammen bildene f?r de et mer helhetlig bilde.
澳门葡京手机版app下载en til Luc Rouppe van der Voort er f?rst og fremst ? sammenligne bilder fra solteleskopet og ulike satellitter for ? kunne studere de minste detaljene p? solen.
De bruker observasjonene til ? forbedre modellene og modellene til ? forst? bedre hva de observerer.
– Vi mangler en del fysikk i modellene v?re.
Og vi er dessuten n?dt til ? forenkle dem, sier Luc Rouppe van der Voort.
35 ganger raskere
Soleksplosjoner og det som skjer i koronaen, skjer raskt. Da trengs det raske observasjoner. I den japanske Hinode-satellitten m?les spekteret. Problemet er at det tar en halv time ? generere ett bilde.
N? skal NASA og ESA skyte opp en ny satellitt, kalt MUSE, som kan ta bildene 35 ganger raskere enn i dag. Da kan UiO-forskerne f? langt mer detaljerte bilder fra soleksplosjoner. De utvikler n? metoder med maskinl?ring for at MUSE skal kunne registrere observasjonene s? raskt som mulig.
Matematiske modeller
Som om dette ikke er nok, har astrofysikerne laget en gigantisk simuleringsmodell av den ?vre delen av solen, mens det franske instituttet CEA har en modell av den indre delen. Forskerne er n? i ferd med ? koble disse to modellene sammen. Det er langt vanskeligere enn du kanskje aner. Begge modellene krever enorme mengder tungregning.
De klarer n? ? beregne hva som skjer i solen i sanntid. Det betyr at det enorme dataprogrammet deres trenger en time p? ? beregne hva som skjer i solen i l?pet av en times tid. Dette h?res kanskje tilforlatelig ut, men en solsyklus er p? elleve ?r. Og som du sikkert skj?nner: Det er litt upraktisk ? bruke elleve ?r p? ? beregne hva som skjer i solen i l?pet av elleve ?r. For ? ?ke simuleringshastigheten er en av l?sningene deres ? ha ulike tidsskalaer i modellen. Endringer p? overflaten skjer raskt, mens endringene inne i solen g?r sakte.
– M?let v?rt er ? forst? hvordan magnetfeltet fungerer i solen og i astrofysisk plasma. Det samme fenomenet skjer i andre stjerner. Og i n?ytronstjerner og svarte hull. Vi kan derfor bruke solen som et laboratorium til ? forst? andre stjerner og andre prosesser i universet, sier Luc Rouppe van der Voort.
