Diese Frage stellt sich in einem der aktivsten Bereiche der gegenwärtigen astronomischen Forschung. Es überrascht nicht, dass mehrere Wissenschaftler schrieben, um ihre Antworten zu geben.
David VanBlerkom, Professor für Astronomie an der University of Massachusetts atAmherst, gibt einen schönen Überblick und konzentriert sich auf den zweiten Teil der Abfrage:
“ Die Tatsache, dass die äußerste Region der Sonnenatmosphäre bei Millionen Grad Celsius liegt, während die Temperatur der zugrunde liegenden Photosphäre nur 6,000 Kelvin (Grad C über dem absoluten Nullpunkt) beträgt, ist ziemlichintuitiv., Man hätte eine allmähliche Abkühlung erwartet, wenn man sich von der zentralen Wärmequelle entfernt. Eine verwandte Frage ist, warum, wenn die Korona so heiß ist, esheizt die Photosphäre nicht auf, bis sie eine ebenso hohe Temperatur hat.
“ Ich werde diese Fragen in umgekehrter Reihenfolge ansprechen. Lassen Sie uns zuerst fragen, was esbedeutet, dass ein Gas eine hohe Temperatur hat. Die Antwort ist, dass Temperatur istmaß der durchschnittlichen kinetischen Energie der Gasatome, dh ein Maß dafür, wie schnell sie sich bewegen. Ein Hochtemperaturgas hat Atome mit einem größeren Mittelwertkonzentration als ein Niedertemperaturgas der gleichen Zusammensetzung., Wir schließen daraus, dassdie Atome in der Korona sich viel schneller bewegen als die in der Photosphäre.
“ Damit die Korona die photosphärische Temperatur ansteigen lässt, muss das koronale Gas dazu führen, dass sich die photosphärischen Atome schneller bewegen. Es könnte dies tun, indem es mit dem kühleren Gas kollidiert und sich vermischt und so einen Teil seiner kinetischen Energie überträgt. Ein anderer Weg ist auch möglich: Bei einer Temperatur von Millionen Grad ist das Gas in der Korona stark ionisiert, dh Elektronen werden abgestreiftneutrale Atome und bewegen sich frei., Weil Elektronen tausendmal weniger sindmassiv als Atome, haben die heißen Elektronen sehr hohe Geschwindigkeiten. Diese Elektronen könnten in das photosphärische Gas gelangen und dort mit den Atomen kollidieren, was wiederum ihre Geschwindigkeiten erhöht. Diese beiden Heizmechanismen werden Konvektion genanntund Leitung, beziehungsweise.
“ Ein Gas in Millionen von Graden strahlt auch Energie aus; Ein Großteil davon wird in Form von sehr energiereichen Röntgenphotonen emittiert. Röntgenphotonen, die auf die Photosphäre auftreffen, könnten dort auch Energie auf die Gasatome übertragen. Dieser Wärmemechanismus ist Strahlung.,
“ Doch die drei traditionellen methoden der heizung nicht erhöhen die photospherictemperature aus einem einfachen grund. Angenommen, als Gedankenexperiment hatte man Athermometer, das Temperaturen von Millionen von Grad messen und platzieren konnte in der Korona. Um eine Temperaturmessung durchzuführen, müssen die koronalen Atome oderelektronen müssen auf das Thermometer treffen, oder Röntgenphotonen müssen darauf auftreffen. Thecorona hat jedoch eine so geringe Dichte, dass das Thermometer fast nie ersticken wird. Während das Thermometer technisch in einem Gas sitzt,das bei 2.000.000 Kelvin liegt, weiß es es nicht., Das Gas hat eine hohe Temperatur, aber einen niedrigen Wärmegehalt. Es gibt einfach nicht genug Atome, um unser hypothetisches zu erwärmenthermometer oder die darunter liegende Photosphäre.
“ Die Frage, warum die Korona eine so hohe Temperatur hat, ist schwerer zuerklären, und wahrscheinlich ist das letzte Wort über den physikalischen Mechanismus noch nicht gegeben. Die meisten Astronomen gehen davon aus, dass das Gas durch das Magnetfeld erhitzt wirddurchdringt die Korona. Es ist seit langem bekannt, dass das solare Magnetfeld den Sonnenfleckenzyklus verursacht, und die physische Form und Aktivität in der Korona variiert auch mit dem Sonnenfleckenzyklus., Es ist bekannt, dass Magnetfelder große Mengen an Energie in die Sonnenatmosphäre übertragen können, manchmal explosiv wie in Fackeln. Man kann sehen, dass riesige Magnetschleifen weit in die Korona aufsteigen, und es ist ziemlich plausibel, dass das solare Magnetfeld die ultimative Quelle der physikalischen Erwärmung der Korona ist.“
Vic Pizzo des Raumes EnvironmentCenter in Boulder, Colo.,, wiederholt, wie geheimnisvoll dieser Prozess ist:
“ Der genaue Mechanismus, durch den die Korona, die der Sonnenoberfläche liegt, auf Temperaturen von ein bis zwei Millionen Kelvin gebracht wird, bleibt eines der größten Probleme der Sonnenphysik. Es wurde lange vermutet, dass Turbulentemotionen in der unteren Sonnenatmosphäre breiten sich in einigen Fällen als Wellen nach außen ausForm, die letztendlich die dünne Atmosphäre über der Oberfläche (der Photosphäre) schockieren. Die Stöße leiten dadurch mechanische Energie in den Wellen asheat., Wenn sich Magnetfeldlinien wieder verbinden, setzen sie Energie frei; einige Forscher vermuten, dass feinmaschige magnetische Wiederverbindungen über der Sonnenoberfläche die Energie liefern, um die Korona zu erwärmen.
“ Was auch immer die Ursache sein mag,es tritt zwar etwas Wärme in Richtung der Sonnenoberfläche zurück, aber die Gesamtmenge der so transportierten Energie ist wirklich recht klein und kann die Photosphärentemperatur nicht sehr stark beeinflussen. Der Grund dafür ist dieextrem schneller Abfall der Massendichte mit Höhe über der Sonnenoberfläche.Das heißt, obwohl das Material in der Corona sehr heiß ist, ist es auch sehr anstrengend., So wird die Energie, die zurück zur Oberfläche transportiert wird, ineine immer größer werdende Masse von Material zerstreut, während es seinen Weg nach unten arbeitet, während die nach außen transportierte Wärme leicht in das Vakuum des Raumes abgeführt wird. „
Leo Connolly, der Vorsitzende der Abteilung für Physik an der California State University, San Bernardino, fügt folgende Informationen hinzu:
„Sie haben Recht, dass die Korona viel heißer ist als die Photosphäre der Sonne. Die Photosphäre ist die äußere Schicht der Sonne, die dievisibles Licht, das wir erhalten, erzeugt., Die Korona ist eine große, dünne Gasschicht, DIEZERSTÖRUNG wird durch das Magnetfeld der Sonne gesteuert. Das Gas in der Korona istaktiv entweicht von der Sonne und bildet den Sonnenwind.
“ Was beschleunigt die Gasatome auf hohe Geschwindigkeit und Temperatur in thecorona? Es ist wahrscheinlich,dass das solare Magnetfeld die notwendige Energie liefert, aber der Mechanismus ist schlecht verstanden. In der Photosphäre beträgt die Temperatur etwa 6.000 Kelvin., Die Region von Interesse ist über der Spitze der Photosphäre,wo die Temperatur tatsächlich sinkt (auf etwa 4.500 Kelvin auf einem Niveau von 500kilometern über der Photosphäre). Bei 1.500 Kilometern beginnt die Temperatur zu sinken und bei 10.000 Kilometern über der Photosphäre erreicht die Temperatur eine Million Kelvin. Zwischen 1.500 Kilometern von der Spitze der Photosphäre und 10.000 Kilometern befindet sich eine Region,die als „Übergangszone“ bezeichnet wird und in der die Sonne beschleunigt wird., Die Korona beginnt bei 10.000 Kilometern und erstreckt sich bisüber 10 Millionen Kilometer, wo das Gas schließlich der Schwerkraft der Sonne entweicht undwird Teil des Sonnenwinds.
“ Wir wissen, dass Atome, die von einem oder mehreren Elektronen befreit sind, vonmagnetischen Feldern eingeschlossen sind und sich entlang der Feldlinien bewegen. Aber was bewirkt, dass diese Atome seinbeschleunigt, wodurch die hohen Temperaturen der Korona erzeugt werden, ist nicht verstanden.Alles, was wir wissen, ist, dass es definitiv in der Übergangszone auftritt.“
nicht zuletzt JayM. Pasachoff, Lehrstuhl für Astronomie am Williams College inWilliamstown, Mass.,, bietet eine Perspektive auf einige der aktuellen Versuche(einschließlich seiner eigenen), das Rätsel der Sonnenkorona zu lösen:
„Eines der schönen Dinge an der Astronomie ist, dass Fragen, die einfach gestellt werden, sich oft als tiefgreifend herausstellen. Die Art und Weise, wie die Sonnenkorona auf Millionen Grad Celsius erwärmt wird, ist eines der wichtigsten ungelösten Probleme der Astrophysik. Ich habe Experimente während einer Reihe von Total Solarclips durchgeführt, um die Frage zu beantworten, und es gab in letzter Zeit viel theoretische Arbeit in diesem Bereich., In der ersten Juniwoche 1996 fand in Bukarest,Rumänien, ein Workshop über beobachtungs-und theoretische Probleme im Zusammenhang mit Sonnenfinsternissen statt, dessen Ergebnisse in ein oder zwei Jahren vorliegen werden.
„Grundsätzlich kann man die Erwärmung der Korona nicht durch einen Strahlenfluss erklären, also denken wir, dass die Korona durch eine Art magnetohydrodynamische (MHD)Welle erhitzt wird, die aus niedrigeren Ebenen der Sonne fließt., Bilder der Sonne im ultravioletten Bereich und in Röntgenstrahlen (zuletzt vom Sonnen-und Heliosphärischen Observator, dem Yohkoh-Satelliten und den NIXT-Raketen aufgenommen) zeigen, dassdie Erwärmung der Korona in sonnenaktiven Regionen lokalisiert ist, was darauf hindeutetdie wichtige Rolle, die das Magnetfeld spielt. Es gibt vielleicht ein Dutzend spezifische Modelle, die vorgeschlagen wurden, um die hohe Temperatur der Korona zu berücksichtigen. Diese Modelle beinhalten MHD-Wellen im Schnellmodus,MHD-Wellen im langsamen Modus, Alfrenwaves usw., Die ältere Idee, dass akustische Wellen aus niedrigeren Ebenen fließenblätter die Korona wurde in den 1970er Jahren aufgegeben, als die umlaufende Sonnenbeobachtung8 Raumschiff sah solche Wellen in der Chromosphäre nicht, die Schicht knapp über Derphotosphäre (die scheinbare „Oberfläche“ der Sonne im sichtbaren Licht). Es bleibt jedoch möglich, dass einige akustische Wellen auf höheren Ebenen gebildet werden können.,
„Meine Arbeit auf das Koronale erwärmungsproblem ist zusammengefasst in meinem Kapitel’Measurements 1-Hz koronalen Schwingungen auf die totale Finsternisse und theirimplications für die Koronale Erwärmung,‘ in Mechanismen der Chromosphärische und CoronalHeating (Sitzungsberichte der Heidelberger Konferenz), edited by P. Ulmschneider, E. R. Priester und R. Rosner (Springer-Verlag, 1991). Das Buch enthält auch vieleandere theoretische und beobachtende Papiere.