La corona del sole, invisibile all'occhio umano tranne quando appare brevemente come un alone di plasma infuocato durante un'eclissi solare, rimane un enigma anche per gli scienziati che lo studiano da vicino. Situato 1, 300 miglia dalla superficie della stella, è più di cento volte più caldo degli strati inferiori molto più vicini al reattore a fusione al centro del Sole.

Un team di fisici, guidato da Gregory Fleishman del NJIT, ha scoperto di recente un fenomeno che potrebbe iniziare a districare quella che chiamano "una delle più grandi sfide per la modellazione solare" - determinare i meccanismi fisici che riscaldano l'atmosfera superiore a 1 milione di gradi Fahrenheit (500, 000 gradi Celsius) e oltre. Le loro scoperte, che rappresentano l'energia termica precedentemente non rilevata nella corona, sono stati recentemente pubblicati nel 123-year-old Giornale Astrofisico , i cui editori hanno incluso scienziati spaziali fondamentali come Edwin Hubble.

"Sapevamo che qualcosa di veramente intrigante accade all'interfaccia tra la fotosfera - la superficie del Sole - e la corona, date le notevoli disparità nella composizione chimica tra i due strati e il forte aumento delle temperature del plasma a questa giunzione, " nota Fleishman, un illustre professore di fisica.

Con una serie di osservazioni del Solar Dynamics Observatory (SDO) della NASA, il team ha rivelato regioni nella corona con livelli elevati di ioni di metalli pesanti contenuti in tubi di flusso magnetico - concentrazioni di campi magnetici - che trasportano una corrente elettrica. Le loro immagini vivide, catturato nella banda ultravioletta (EUV) estrema (onde corte), rivelano sproporzionatamente grandi - di un fattore di cinque o più - concentrazioni di metalli a carica multipla rispetto agli ioni di idrogeno a singolo elettrone, che esistono nella fotosfera.

Gli ioni di ferro risiedono in quelle che il team chiama "trappole ioniche" situate alla base delle anse coronali, archi di plasma elettrificato diretti da linee di campo magnetico. L'esistenza di queste trappole, dicono, implica che ci sono anelli coronali altamente energetici, impoverito di ioni ferro, che finora sono sfuggiti al rilevamento nella gamma EUV. Solo ioni metallici, con i loro elettroni fluttuanti, producono emissioni che le rendono visibili.

"Queste osservazioni suggeriscono che la corona può contenere ancora più energia termica di quella osservata direttamente nell'intervallo EUV e che non abbiamo ancora preso in considerazione, " dice. "Questa energia è visibile in altre lunghezze d'onda, però, e speriamo di combinare i nostri dati con scienziati che li visualizzano attraverso microonde e raggi X, come gli scienziati dell'Expanded Owens Valley Solar Array del NJIT, Per esempio, per chiarire le discrepanze energetiche che siamo stati in grado di quantificare finora".

Ci sono varie teorie, nessuno ancora conclusivo, che spiegano il calore sfrigolante della corona:linee di energia magnetica che si riconnettono nell'alta atmosfera e rilasciano energia esplosiva e onde di energia scaricate nella corona, dove vengono convertiti in energia termica, tra gli altri.

"Prima di poter affrontare il modo in cui l'energia viene generata nella corona, dobbiamo prima mappare e quantificare la sua struttura termica, "Note di Fleishman.

"Ciò che sappiamo della temperatura della corona deriva dalla misurazione delle emissioni EUV prodotte da ioni pesanti in vari stati di ionizzazione, che dipende dalla loro concentrazione, così come la temperatura e la densità del plasma, " aggiunge. "La distribuzione non uniforme di questi ioni nello spazio e nel tempo sembra influenzare la temperatura della corona".

Gli ioni metallici entrano nella corona quando i brillamenti solari di varie dimensioni distruggono le trappole, e sono evaporati in anelli di flusso nell'atmosfera superiore.

I rilasci di energia nei brillamenti solari e le forme associate di eruzioni si verificano quando le linee del campo magnetico, con le loro potenti correnti elettriche sottostanti, sono attorcigliati oltre un punto critico che può essere misurato dal numero di spire della torsione. La più grande di queste eruzioni causa ciò che è noto come tempo spaziale:la radiazione, particelle energetiche e rilasci di campi magnetici dal Sole abbastanza potenti da causare gravi effetti nell'ambiente vicino alla Terra, come l'interruzione delle comunicazioni, linee elettriche e sistemi di navigazione.

È solo grazie ai recenti progressi nelle capacità di imaging che gli scienziati solari possono ora effettuare misurazioni di routine dei vettori del campo magnetico fotosferico da cui calcolare la componente verticale delle correnti elettriche, e, contemporaneamente, quantificare le emissioni EUV prodotte dagli ioni pesanti.

"Prima di queste osservazioni, abbiamo considerato solo le anse coronali piene di ioni pesanti, ma non siamo riusciti a spiegare i tubi di flusso impoveriti di loro, " Dice Fleishman. "Ora tutti questi fenomeni poco compresi hanno una solida base fisica che possiamo osservare. We are able to better quantify the corona's thermal structure and gain a clearer understanding of why ion distribution in the solar atmosphere is non-uniform in space and variable in time."

Scientists at NJIT's Big Bear Solar Observatory (BBSO) have captured the first high-resolution images of magnetic fields and plasma flows originating deep below the Sun's surface, tracing the evolution of sunspots and magnetic flux ropes through the chromosphere before their dramatic appearance in the corona as flaring loops.

EUV emissions, però, can only be observed from space. The SDO, aboard a spacecraft launched in 2010, measures both magnetic field and EUV emissions from the whole Sun. The implications of the corona's temperature structure, and whether it allows the Sun to transfer more heat into the solar system, "is the subject of future study, " Fleishman says.