Pandangan yang belum pernah terjadi sebelumnya ke 'mesin sentral' yang menyalakan tenaga surya – Sains Terkini

Dalam sebuah penelitian yang dipublikasikan di Astronomi Alam, tim peneliti internasional telah menghadirkan tampilan baru dan terperinci di dalam "mesin sentral" dari semburan matahari besar disertai dengan letusan kuat yang pertama kali ditangkap pada 10 September 2017 oleh Owens Valley Solar Array (EOVSA) – sebuah solar fasilitas teleskop radio yang dioperasikan oleh Pusat Penelitian Solar-Terrestrial (CSTR), Institut Teknologi New Jersey.

Temuan baru, berdasarkan pengamatan EOVSA tentang peristiwa pada panjang gelombang gelombang mikro, menawarkan pengukuran pertama yang mengkarakterisasi medan magnet dan partikel di jantung ledakan. Hasilnya telah mengungkapkan "lembaran" arus listrik yang sangat besar yang membentang lebih dari 40.000 kilometer melalui daerah pembakaran inti di mana garis medan magnet yang berlawanan saling mendekati, memecah dan menyambungkan kembali, menghasilkan energi yang kuat yang menyalakan api.

Khususnya, pengukuran tim juga menunjukkan struktur seperti botol magnet yang terletak di bagian atas dasar berbentuk lingkaran suar (dikenal sebagai arcade suar) pada ketinggian hampir 20.000 kilometer di atas permukaan Matahari. Struktur itu, kata tim itu, kemungkinan adalah tempat utama di mana elektron-elektron suar yang sangat energik terperangkap dan dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya.

Para peneliti mengatakan wawasan baru studi ini tentang mesin pusat yang mendorong letusan sekuat itu dapat membantu prediksi cuaca ruang angkasa di masa depan untuk pelepasan energi yang berpotensi bencana dari semburan matahari – ledakan tata surya yang paling kuat, yang mampu sangat mengganggu teknologi di Bumi seperti operasi satelit, Navigasi GPS dan sistem komunikasi, di antara banyak lainnya.

"Salah satu tujuan utama penelitian ini adalah untuk lebih memahami fisika dasar letusan matahari," kata Bin Chen, penulis utama makalah dan profesor fisika di NJIT. "Sudah lama disarankan bahwa pelepasan energi magnetik mendadak melalui lembar penghubung kembali bertanggung jawab atas letusan besar ini, namun belum ada pengukuran sifat magnetiknya. Dengan penelitian ini kami akhirnya mengukur detail medan magnet dari lembar saat ini untuk pertama kalinya, memberi kita pemahaman baru tentang mesin pusat suar utama Matahari. "

"Tempat di mana semua energi disimpan dan dilepaskan dalam semburan matahari belum terlihat sampai sekarang … Untuk memainkan istilah dari kosmologi, itu adalah 'masalah energi gelap' Matahari, dan sebelumnya kita harus menyimpulkan secara tidak langsung bahwa lembar penyambung ulang magnetik suar itu ada, "kata Dale Gary, direktur EOVSA di NJIT dan rekan penulis makalah itu. "Gambar-gambar EOVSA yang dibuat pada banyak frekuensi gelombang mikro menunjukkan kita dapat menangkap emisi radio untuk menerangi wilayah penting ini. Setelah kita memiliki data itu, dan alat analisis yang dibuat oleh rekan penulis Gregory Fleishman dan Gelu Nita, kita dapat mulai menganalisis radiasi untuk aktifkan pengukuran ini. "


Awal tahun ini di jurnal Science, tim melaporkan akhirnya bisa memberikan pengukuran kuantitatif kekuatan medan magnet yang berkembang langsung mengikuti pengapian flare.

Melanjutkan penyelidikan mereka, analisis terbaru tim menggabungkan simulasi numerik yang dilakukan di Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) dengan pengamatan pencitraan spektral EOVSA dan data multiwavelength – yang mencakup gelombang radio hingga sinar-X – dikumpulkan dari flare matahari berukuran X8.2. Suar adalah yang terbesar kedua yang terjadi dari siklus matahari 11 tahun terakhir, terjadi dengan pengusiran massa koronal cepat (CME) yang mendorong guncangan skala besar di korona surya bagian atas.

Di antara kejutan penelitian, para peneliti menemukan bahwa profil yang diukur dari medan magnet di sepanjang fitur lembar suar saat ini sangat cocok dengan prediksi dari simulasi numerik tim, yang didasarkan pada model teoritis terkenal untuk menjelaskan fisika suar surya, pertama kali diusulkan dalam 1990-an dengan bentuk analitis.

"Itu mengejutkan kami bahwa profil medan magnet terukur dari lembaran saat ini sangat cocok dengan prediksi teoritis yang dibuat beberapa dekade yang lalu," kata Chen.

"Gaya medan magnet Matahari memainkan peran penting dalam mempercepat plasma selama erupsi. Model kami digunakan untuk menghitung fisika gaya magnet selama letusan ini, yang bermanifestasi sebagai 'tali' garis medan magnet yang sangat terpelintir, atau tali fluks magnetik, "jelas Kathy Reeves, ahli astrofisika di CfA dan rekan penulis penelitian ini. "Sungguh luar biasa bahwa proses rumit ini dapat ditangkap oleh model analitik langsung, dan bahwa medan magnet yang diprediksi dan diukur sangat cocok."

Simulasi, yang dilakukan oleh Chengcai Shen di CfA, dikembangkan untuk menyelesaikan secara numerik persamaan yang mengatur untuk mengukur perilaku plasma penghantar listrik di seluruh medan magnet flare. Dengan menerapkan teknik komputasi canggih yang dikenal sebagai "penyempurnaan mesh adaptif," tim ini mampu menyelesaikan lembaran arus koneksi ulang yang tipis dan menangkap fisika terperinci pada skala spasial prima hingga di bawah 100 kilometer.

"Hasil simulasi kami cocok dengan prediksi teoretis tentang konfigurasi medan magnet selama letusan matahari dan mereproduksi serangkaian fitur yang dapat diamati dari suar khusus ini, termasuk kekuatan magnet dan aliran masuk / keluar plasma di sekitar lembar saat menyambung kembali," kata Shen.

Pengukuran Mengejutkan

Pengukuran tim dan hasil simulasi pencocokan mengungkapkan bahwa lembar flare saat ini menampilkan medan listrik yang menghasilkan 4.000 volt per meter yang mengejutkan. Medan listrik yang begitu kuat hadir di wilayah seluas 40.000 kilometer, lebih besar dari panjang tiga Bumi yang ditempatkan berdampingan.


Analisis ini juga menunjukkan sejumlah besar energi magnetik yang dipompa ke dalam lembaran saat ini dengan perkiraan laju 10-100 miliar triliun (1022-1023) joule per detik – yaitu, jumlah energi yang diproses pada mesin flare, dalam setiap detik, setara dengan total energi yang dilepaskan oleh ledakan sekitar seratus ribu bom hidrogen paling kuat (kelas 50 megaton) pada saat yang sama.

"Pelepasan energi yang sangat besar pada lembaran saat ini sangat mengejutkan. Medan listrik yang kuat yang dihasilkan di sana dapat dengan mudah mempercepat elektron menjadi energi relativistik, tetapi fakta yang tak terduga yang kami temukan adalah bahwa profil medan listrik di wilayah lembaran saat ini tidak bersamaan. dengan distribusi spasial elektron relativistik yang kami ukur, "kata Chen. "Dengan kata lain, sesuatu yang lain harus berperan untuk mempercepat atau mengarahkan kembali elektron-elektron ini. Apa yang data kami tunjukkan adalah lokasi khusus di bagian bawah lembaran saat ini – botol magnet – tampaknya sangat penting dalam memproduksi atau membatasi elektron relativistik. "

"Sementara lembaran saat ini tampaknya menjadi tempat di mana energi dilepaskan untuk membuat bola bergulir, sebagian besar percepatan elektron tampaknya terjadi di lokasi lain ini, botol magnet. … Botol magnet serupa sedang dikembangkan untuk membatasi dan mempercepat partikel di beberapa reaktor fusi laboratorium. " tambah Gary. "Yang lain telah mengusulkan struktur seperti itu dalam nyala matahari sebelumnya, tetapi kita benar-benar dapat melihatnya sekarang dalam jumlah."

Sekitar 99% dari elektron relativistik suar diamati berkumpul di botol magnetik selama durasi emisi lima menit.

Untuk saat ini, Chen mengatakan bahwa kelompok tersebut akan dapat menerapkan pengukuran baru ini sebagai dasar perbandingan untuk mempelajari peristiwa pembakaran matahari lainnya, serta mengeksplorasi mekanisme yang tepat yang mempercepat partikel dengan menggabungkan pengamatan baru, simulasi numerik dan teori canggih. Karena kemampuan terobosan EOVSA, NJIT baru-baru ini dipilih untuk berpartisipasi dalam kolaborasi NASA / NSF DRIVE Science Center Kolaborasi pada Solar Flare Energy Release (SolFER).

"Tujuan kami adalah untuk mengembangkan pemahaman penuh tentang semburan api matahari, dari inisiasi mereka sampai mereka akhirnya menyemprotkan partikel berenergi tinggi ke dalam angin matahari, dan akhirnya, ke lingkungan luar angkasa Bumi," kata Jim Drake, profesor fisika di Universitas dari Maryland dan peneliti utama SolFER yang tidak terlibat dalam penelitian ini. "Pengamatan pertama ini sudah menunjukkan bahwa elektron relativistik mungkin terjebak dalam botol magnet besar yang diproduksi sebagai medan magnet korona 'menyambung kembali' untuk melepaskan energi mereka. … Pengamatan EOVSA akan terus membantu kita mengungkap bagaimana medan magnet mendorong elektron energetik ini. "

"Lebih lanjut menyelidiki peran botol magnetik dalam akselerasi dan transportasi partikel akan membutuhkan pemodelan yang lebih maju untuk dibandingkan dengan pengamatan EOVSA," kata Chen. "Pasti ada prospek besar di luar sana untuk kita pelajari yang membahas pertanyaan mendasar ini."

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.