Het oppervlak van de zon danst. Gedwongen om deze dans van veraf te observeren, gebruiken wetenschappers alle tools die ze tot hun beschikking hebben om naar patronen en verbindingen te zoeken om te ontdekken wat deze grote explosies veroorzaakt. Het in kaart brengen van deze patronen kan wetenschappers helpen het begin van het ruimteweer te voorspellen dat vanuit de zon naar de aarde barst, wat de communicatie en GPS-signalen (Global Positioning System) verstoort.
Analyse van 191 zonnevlammen sinds mei 2010 door de Solar Dynamics Observatory (SDO) van de NASA heeft onlangs een nieuw stuk in het patroon laten zien: ongeveer 15 procent van de zonnevlammen heeft enkele minuten tot uren later een duidelijke "late phase flare" die nog nooit eerder is geweest volledig nageleefd. Deze late fase van de fakkel pompt veel meer energie de ruimte in dan eerder werd gerealiseerd.
"We beginnen allerlei nieuwe dingen te zien", zegt Phil Chamberlin, plaatsvervangend projectwetenschapper voor SDO bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. "We zien een grote toename van de uitstoot een half uur tot enkele uren later , dat is soms zelfs groter dan de originele, traditionele fasen van de overstraling. In één geval op 3 november 2010 zou het meten van alleen de effecten van de hoofdfakkel betekenen dat de hoeveelheid energie die in de atmosfeer van de aarde schiet met 70 procent wordt onderschat. "
Het hele ruimteweersysteem, van het oppervlak van de zon tot de buitenranden van het zonnestelsel, is afhankelijk van hoe energie van de ene gebeurtenis naar de andere wordt overgedragen - magnetische herverbinding bij de zon wordt overgedragen naar bewegingsenergie die door de ruimte stroomt naar energie die in de atmosfeer van de aarde wordt gestort, bijvoorbeeld. Een beter begrip van deze uitbarsting in de late fase zal wetenschappers helpen te kwantificeren hoeveel energie wordt geproduceerd wanneer de zon uitbarst.
Het team vond bewijs voor deze late fasen toen SDO in mei 2010 voor het eerst gegevens begon te verzamelen en de zon besloot een show te geven. In die allereerste week, midden in een verder redelijk rustige tijd voor de zon, ontsproot er zo'n negen fakkels van verschillende groottes. Flare-afmetingen zijn onderverdeeld in categorieën, genaamd A, B, C, M en X, die lang zijn gedefinieerd door de intensiteit van de röntgenstralen die worden uitgezonden op de piek van de flare, zoals gemeten door het GOES-satellietsysteem (Geostationary Operational Environmental Satellite). GOES is een NOAA-netwerk van satellieten dat zich sinds 1976 in een geosynchrone baan rond de aarde bevindt. Een van de GOES-satellieten meet alleen röntgenemissies en is een cruciale bron van informatie over het ruimteweer dat de zon onze kant op stuurt.
Maar in mei 2010 observeerde SDO die uitbarstingen met zijn visie op meerdere golflengten. Het registreerde gegevens die erop wezen dat sommige andere golflengten van licht zich niet synchroon met de röntgenstralen gedroegen, maar op andere momenten een piek bereikten.
"Al decennia lang is het onze standaard voor fakkels om naar de röntgenstralen te kijken en te zien wanneer ze piekeren", zegt Tom Woods, ruimtevaartwetenschapper aan de Universiteit van Colorado, Boulder, Colo. Hij is de eerste auteur van een paper over dit onderwerp dat op 7 september online gaat in het Astrophysical Journal. "Dat is onze definitie voor wanneer een fakkel afgaat. Maar we zagen pieken die niet overeenkwamen met de röntgenfoto's. " Woods zegt dat ze eerst bang waren dat de gegevens een anomalie of een storing in de instrumenten waren. Maar toen ze de gegevens met andere instrumenten bevestigden en de patronen gedurende vele maanden herhaalden, begonnen ze te vertrouwen op wat ze zagen. 'En toen werden we opgewonden', zegt hij.
In de loop van een jaar gebruikte het team het EVE-instrument (voor extreem ultraviolet variabiliteitsexperiment) op SDO om gegevens van veel meer fakkels vast te leggen. EVE maakt geen conventionele afbeeldingen. Woods is de belangrijkste onderzoeker van het EVE-instrument en hij legt uit dat het al het licht van de zon in één keer verzamelt en vervolgens elke golflengte van licht nauwkeurig scheidt en de intensiteit ervan meet. Dit levert geen mooie foto's op zoals andere instrumenten op SDO doen, maar het biedt grafieken die in kaart brengen hoe elke golflengte van licht sterker wordt, piekt en in de loop van de tijd afneemt. EVE verzamelt deze gegevens elke 10 seconden, een snelheid die gegarandeerd gloednieuwe informatie geeft over hoe de zon verandert, aangezien eerdere instrumenten dergelijke informatie slechts anderhalf uur hebben gemeten of niet alle golflengten tegelijkertijd hebben bekeken - lang niet genoeg informatie om een compleet beeld te krijgen van de verwarming en koeling van de fakkel.
[/onderschrift]
De EVE-spectra namen extreem ultraviolet licht op en vertoonden vier fasen in de levensduur van een gemiddelde overstraling. De eerste drie zijn waargenomen en zijn goed ingeburgerd. (Hoewel EVE ze kon meten en kwantificeren over een breed scala van lichtgolflengten, beter dan ooit tevoren.) De eerste fase is de harde röntgenimpulsfase, waarin zeer energetische deeltjes in de atmosfeer van de zon naar de het oppervlak van de zon na een explosieve gebeurtenis in de atmosfeer die bekend staat als magnetische herverbinding. Ze vallen enkele seconden tot minuten vrij totdat ze de dichtere lagere atmosfeer raken, en dan begint de tweede fase, de geleidelijke fase. In de loop van minuten tot uren wordt het zonnemateriaal, plasma genaamd, verwarmd en explodeert het weer omhoog, waarbij het zich een weg baant langs gigantische magnetische lussen en de lussen met plasma vult. Dit proces zendt zoveel licht en straling uit dat het te vergelijken is met miljoenen waterstofbommen.
De derde fase wordt gekenmerkt door de atmosfeer van de zon - de corona - sluitende helderheid, en staat daarom bekend als de coronale dimfase. Dit wordt vaak geassocieerd met wat bekend staat als een coronale massa-ejectie, waarbij een grote wolk plasma uitbarst van het oppervlak van de zon.
Maar de vierde fase, de uitbarsting in de late fase, opgemerkt door EVE, was nieuw. Overal, van één tot vijf uur later, voor verschillende van de fakkels, zagen ze een tweede piek van warm coronaal materiaal dat niet overeenkwam met een andere röntgenuitbarsting.
“Veel waarnemingen hebben enkele seconden tot minuten na de hoofdfase van de opflakkering een verhoogde extreme ultraviolette piek waargenomen, en dit gedrag wordt beschouwd als een normaal onderdeel van het opflakkeringproces. Maar deze late fase is anders '', zegt Chamberd van Goddard, die ook co-auteur is van het papier. “Deze emissies vinden aanzienlijk later plaats. En het gebeurt nadat de hoofdflare die initiële piek vertoont. '
Om te proberen te begrijpen wat er gebeurde, keek het team ook naar de afbeeldingen die waren verzameld van SDO's Advanced Imaging Assembly (AIA). Ze konden de uitbarsting van de hoofdfase in de beelden zien en zagen ook een tweede set coronale lussen ver boven de oorspronkelijke flare-locatie. Deze extra lussen waren langer en werden later helderder dan de originele set (of de post-flare lussen die slechts enkele minuten daarna verschenen). Deze lussen waren ook fysiek gescheiden van die eerdere.
"De intensiteit die we opnemen in die late fase-uitbarstingen is meestal zwakker dan de röntgenintensiteit", zegt Woods. "Maar de late fase duurt veel langer, soms meerdere uren, dus het geeft net zoveel totale energie af als de hoofdflare die meestal maar een paar minuten duurt." Omdat deze voorheen niet-gerealiseerde extra energiebron van de overstraling even belangrijk is voor het beïnvloeden van de atmosfeer van de aarde, onderzoeken Woods en zijn collega's nu hoe de late fase-uitbarstingen het ruimteweer kunnen beïnvloeden.
De uitbarsting in de late fase is natuurlijk maar een stukje van de puzzel als we proberen de ster te begrijpen waarmee we leven. Maar door de energie bij te houden, alle verschillende golflengten van licht te meten en alle instrumenten te gebruiken die NASA tot haar beschikking heeft, helpt dergelijke informatie ons om alle stappen van de grote dans van de zon in kaart te brengen.
