Problema de calentamiento coronal - ¿A qué profundidad llega?

En la parte superior de la lista de problemas de la física solar encontramos el problema del calentamiento coronal . La Corona es la atmósfera de plasma exterior del Sol, con una temperatura de 1-5 millones de grados Kelvin, con serpentinas coronales como las áreas más calientes. Mientras que la fotosfera, la superficie visual del Sol, tiene una temperatura de solo 5800 Kelvin y puede tener manchas solares con temperaturas de hasta 4000 Kelvin. Entonces, ¿cómo puede la energía térmica del horno de fusión caliente de 16 millones de grados en el núcleo solar atravesar la fotosfera y calentar la corona? Por lo general, solo se investigan las capas exteriores del Sol para encontrar soluciones al problema del calentamiento de la corona, pero ¿puede el problema extenderse mucho más hacia el interior del Sol? Las observaciones recientes podrían indicar que:

  1. La ciencia de la heliosismología interpreta las ondas sísmicas solares y las utiliza para investigar el interior solar. Mientras que la fotosfera del sol muestra una diferencia en la rotación y gira más rápido alrededor del ecuador que en los polos , la heliosismología mostró que el 70 % del interior del Sol gira como un cuerpo esférico "sólido" debajo de la tacoclina . ingrese la descripción de la imagen aquíEsto se explica por un fuerte campo magnético que confina el plasma interior en una esfera "sólida". Pero la heliosismología descubrió otro problema, dentro de la esfera "sólida" no encontraron flujos de convección de calor, y en la capa superior, que incluso se llama zona de convección., tampoco pudieron encontrar flujos convectivos fuertes. Esto fue una gran sorpresa, ya que la teoría principal sobre cómo se forma el campo magnético del Sol, por flujos de convección de calor y magnetohidrodinámica , entró en conflicto con las observaciones.

  2. Las mediciones heliosismológicas ahora se han vuelto tan buenas que podemos mapear los "patrones climáticos" solares en la zona de convección con gran detalle. Las mediciones más precisas muestran que los patrones meteorológicos meridionales son de dos celdas.ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto hace que los heliofísicos se rasquen la cabeza, ya que el patrón climático y su mecanismo impulsor encajan mucho mejor con el enfriamiento desde abajo y el calentamiento desde arriba. Los expertos ahora se preguntan si podría haber otros mecanismos impulsores además de la convección impulsada por el calor.

Lo más probable es que la circulación meridional del Sol sea impulsada mecánicamente y frenada térmicamente, más o menos opuesta al mecanismo impulsor de la celda de Hadley en la fuente de la atmósfera terrestre.

Así que ahora se dice que la zona de convección tiene ruptura de convección, que es lo opuesto a la teoría actual de la zona de convección. Pero si el problema del calentamiento de la corona es más profundo, todavía podría haber una convección impulsada por el calor que observamos, ya que la convección de la celda meteorológica podría ser impulsada por el calentamiento desde arriba.

  1. La heliosismología ha estudiado las diferencias en la velocidad de las ondas sísmicas dentro del Sol para mapear diferentes capas en el interior solar y, como podemos ver en la primera imagen, muestra los contornos de un núcleo solar interno y externo, creado por una mayor velocidad sísmica.

Así que ahora hay artículos que hablan de un núcleo interno solar y un núcleo externo solar, similar al que tiene la Tierra. En la Tierra usamos ondas sísmicas de terremotos para mapear el interior, pero aquí la velocidad de la onda sísmica está influenciada principalmente por si el medio está en estado sólido o líquido. Pero se cree que el Sol consiste en un 90 % de plasma, y ​​el núcleo de 16 millones de grados está cerca del 100 % de plasma, por lo que es solo una coincidencia que la imagen muestre similitudes con nuestro planeta.

Sabemos que el Sol está alimentado por fusión, no hay duda, ya que podemos observar neutrinos solares a partir de reacciones de fusión solar. Pero aún es difícil encontrar observaciones de que el núcleo calienta las capas superiores. Todavía pensamos que la energía térmica de 16 millones de grados se transfiere desde el núcleo y calienta la corona a millones de grados, simplemente no sabemos cómo se transfiere esta energía térmica. A menudo, las capas externas del Sol solo se consideran cuando observamos el problema del calentamiento de la Corona, pero ¿puede la raíz del problema del calentamiento de la Corona llegar hasta el núcleo?

¿Cuál es tu pregunta?

Respuestas (1)

Entonces, ¿cómo puede la energía térmica del horno de fusión caliente de 16 millones de grados en el núcleo solar atravesar la fotosfera y calentar la corona?

no lo hace Ese es el problema. El problema del calentamiento coronal es como alejarse de un fuego y en lugar de que se enfríe, se quema.

El gradiente de temperatura desde el núcleo hasta la fotosfera es precisamente lo que cabría esperar, es decir, de caliente a frío.

Por lo general, solo se investigan las capas exteriores del Sol para encontrar soluciones al problema del calentamiento de la corona, pero ¿puede el problema extenderse mucho más hacia el interior del Sol?

No en realidad no. Si quiere decir que la convección debajo de la fotosfera afecta los campos magnéticos que forman un arco en la corona, entonces quizás, indirectamente, sí a través de procesos relacionados y causados ​​por la reconexión magnética .

Esto hace que los heliofísicos se rasquen la cabeza, ya que el patrón climático y su mecanismo impulsor encajan mucho mejor con el enfriamiento desde abajo y el calentamiento desde arriba. Los expertos ahora se preguntan si podría haber otros mecanismos impulsores además de la convección impulsada por el calor.

No esto no es correcto. Las inmensas presiones experimentadas dentro del núcleo son responsables de las altas temperaturas, no la corona que calienta el núcleo. Si sigo su lógica, que parece argumentar que el calor no puede escapar del núcleo a través de la convección, por lo tanto, debe provenir de otro lugar, entonces, ¿cómo podría el calor de arriba ingresar al núcleo? No puede ser algo unidireccional como ese.

Pero se cree que el Sol consiste en un 90% de plasma, y ​​el núcleo de 16 millones de grados está cerca del 100% de plasma, por lo que es solo una coincidencia que la imagen muestre similitudes con nuestro planeta.

Es probable que esto se deba a fuerzas en competencia, radiación y gradientes de presión. Por debajo de cierta profundidad uno ganará y por encima de ese umbral de profundidad, el otro comenzará a ganar. Las restricciones sobre la convección están ligadas a la viscosidad , que depende de los parámetros del fluido en cuestión. Una forma de parametrizar esto es examinar el número de Reynolds del fluido para determinar si "fluye como la miel" o puede comportarse como un gas.

Todavía pensamos que la energía térmica de 16 millones de grados se transfiere desde el núcleo y calienta la corona a millones de grados, simplemente no sabemos cómo se transfiere esta energía térmica.

No, no creemos que el núcleo caliente la corona. No puede estar calentando la corona porque la fotosfera es aproximadamente tres órdenes de magnitud más fría. Por eso surgió en primer lugar el dilema conceptual. La corona solar es más caliente de lo que debería ser si solo se calentara a través de procesos termodinámicos (por ejemplo, conducción térmica ) desde la fotosfera .

A menudo, las capas externas del Sol solo se consideran cuando observamos el problema del calentamiento de la Corona, pero ¿puede la raíz del problema del calentamiento de la Corona llegar hasta el núcleo?

Entonces, ¿cómo transferiría esta energía a través de la fotosfera comparativamente fría y la depositaría en la corona? Nuevamente, este es el quid del dilema.

La causa probable de las temperaturas anómalamente altas en la corona son las interacciones a pequeña escala entre los campos electromagnéticos y las partículas cargadas (por ejemplo, el calentamiento por ondas). Incluso con telescopios de imágenes de ultra alta resolución, como en SDO , no podemos resolver características menores de ~70 km en el sol. A modo de comparación, el radio de Larmor de los electrones y protones térmicos en la corona (suponiendo T mi ≈ T pag ∼ 10 6 k y B o ∼ 10 − 3 − 10 − 2 T ) son ~0,2--2,0 cm y ~0,1--1,0 m, respectivamente. Dado que la mayor parte del calentamiento del plasma observado en el entorno cercano a la Tierra involucra ondas y/o turbulencias a escala subprotónica, no es sorprendente que no podamos resolver los mecanismos de calentamiento reales en la corona solar.

Abordar el problema del calentamiento coronal es uno de los requisitos científicos de la próxima misión Solar Probe Plus .

Referencias

  • Aschwanden, M. Física de la corona solar: una introducción con problemas y soluciones , Praxis Publishing Ltd, Chichester, Reino Unido, ISBN 3-540-30765-6, 2006.
Problema de calentamiento coronal - ¿A qué profundidad llega?
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