Επιτάχυνση σωματιδίων στον Ήλιο
Υπάρχουν δύο μεγάλα αινίγματα στην εξωτερική ηλιακή ατμόσφαιρα, το στέμμα, που επιμένουν εδώ και πολλές δεκαετίες. Οι ηλιακές εκλάμψεις είναι εκρήξεις πάνω από την ηλιακή επιφάνεια που μερικές φορές υπερβαίνουν εκατό φορές τη συνολική κατανάλωση ενέργειας ολόκληρης της ανθρωπότητας από την ύπαρξή της.
Το πιο εκπληκτικό και μη κατανοητό είναι γιατί ένα σημαντικό κλάσμα της συνολικής ενέργειας εμφανίζεται για πρώτη φορά με τη μορφή επιταχυνόμενων ηλεκτρονίων και πρωτονίων, ξεπερνώντας κατά πολύ τους επίγειους επιταχυντές σε απόδοση. Και δεύτερον, η κορώνα στην επιφάνεια θερμαίνεται σε εκατομμύρια βαθμούς επίσης σε φαινομενικά ήσυχους καιρούς. Τα δύο αινίγματα μπορεί να συνδέονται στενά καθώς και τα δύο είναι γενικά αποδεκτό ότι προκαλούνται από το μαγνητικό πεδίο. Η θέρμανση μπορεί να συμβεί με τη μορφή πληθώρας νανοεκλάμψεων, μικροσκοπικών εκρήξεων που παρατηρούνται ελάχιστα.
Τα ηλεκτρόνια έκλαμψης που επιταχύνονται σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός μπορούν εύκολα να παρατηρηθούν από την εκπομπή σύγχροτρον τους στα ραδιοκύματα. Χάνουν την ενέργειά τους θερμαίνοντας το πλάσμα στην ηλιακή ατμόσφαιρα. Με τη σειρά του, το πλάσμα με θερμοκρασίες εκατομμυρίων βαθμών μπορεί να παρατηρηθεί σε μαλακές ακτίνες Χ. Έτσι, οι εκπομπές ραδιοφώνου και ακτίνων Χ φαίνεται να σχετίζονται με την αιτία και το αποτέλεσμα. Αυτό επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι στις περισσότερες φωτοβολίδες η εκπομπή ραδιοφώνου κορυφώνεται λίγα δευτερόλεπτα πριν από την εκπομπή ακτίνων Χ. Εάν η απόδοση και οι συνθήκες εκπομπής ήταν ίδιες σε όλες τις εκλάμψεις, θα περίμενε κανείς ότι οι δύο εκπομπές συσχετίζονται τέλεια ως προς τη μέγιστη φωτεινότητα.
Η παρατηρούμενη συσχέτιση φαίνεται στο Σχήμα 2:οι εκλάμψεις με έντονη ραδιοεκπομπή έχουν μεγάλη φωτεινότητα στις ακτίνες Χ. Η διακεκομμένη γραμμή δείχνει τη γενική σχέση. Είναι γραμμικό από μικροεκλάμψεις έως τεράστιες αστρικές εκλάμψεις σε εύρος 5 τάξεων μεγέθους.
Ωστόσο, δύο τύποι ηλιακών εκλάμψεων αποκλίνουν από τη γενική σχέση. Οι νανοεκλάμψεις είναι μικρές εκρήξεις σε ήσυχες περιοχές του Ήλιου. Η ραδιοεκπομπή τους είναι μικρότερη σε σχέση με την εκπομπή ακτίνων Χ σε σχέση με τις κανονικές εκλάμψεις, επομένως η αναλογία τους είναι στα αριστερά της διακεκομμένης γραμμής στο Σχήμα 2. Έτσι φαίνεται να είναι λιγότερο αποτελεσματικά στην επιτάχυνση των ηλεκτρονίων σε υψηλές ενέργειες που εκπέμπουν ραδιοεκπομπές. Πιστεύεται ότι αυτή ήταν μια ιδιότητα του ήσυχου Ήλιου, όπου το μαγνητικό πεδίο είναι μικρότερο από ό,τι σε ενεργές περιοχές.
Τώρα έχουμε παρατηρήσει τρεις μικρές φωτοβολίδες πριν από μια μεγάλη έκλαμψη. Είναι γνωστά ως preflares και είναι εκατό φορές μικρότερα από το flare της κύριας φάσης. Εμφανίστηκαν σε μια ενεργή περιοχή στο ίδιο σημείο με την έκλαμψη της κύριας φάσης λίγα λεπτά αργότερα. Ακολουθούν στην αναλογία ακτίνων Χ/ραδιόφωνο την τάση των νανοεκλάμψεων με χαμηλή ραδιενέργεια ή την αναλογία τακτικών εκλάμψεων σε ενεργές περιοχές;
Στο Σχήμα 3 φαίνονται οι τρεις κορυφές της εκπομπής ακτίνων Χ πριν από την έκρηξη. Εμφανίζεται επίσης η παρατηρούμενη ραδιοφωτεινότητα. Το τελευταίο δεν εμφανίζει καμία αιχμή. Έτσι οι προφλάρ δεν ανιχνεύθηκαν στο όριο του ραδιοτηλεσκοπίου. Είναι φτωχά σε ραδιοσυχνότητες και έτσι ακολουθούν τις νανοεκλάμψεις.
Η αναλογία εκπομπής ακτίνων Χ προς ραδιόφωνο των τριών προφλαρίδων φαίνεται επίσης στο Σχήμα 2. Καθώς η εκπομπή ραδιοφώνου δεν ανιχνεύθηκε, το αποτέλεσμα είναι ένα ανώτερο όριο και υποδεικνύεται με βέλη. Στο Σχήμα 2, υποδεικνύονται επίσης δύο πρώιμες κορυφές και η κύρια κορυφή της κύριας φάσης της έκρηξης. Εμφανίζουν τυπικές αναλογίες για φωτοβολίδες.
Συμπερασματικά, οι μικρότερες εκρήξεις εκλάμψεων, όπως οι νανοεκλάμψεις και οι προεκλάμψεις, είναι λιγότερο αποτελεσματικές στην επιτάχυνση ραδιοεκπομπών ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας. Είναι η άγνωστη διαδικασία επιτάχυνσης που κάνει τη διαφορά. Όσο περισσότερη ενέργεια απελευθερώνεται τόσο υψηλότερη ενέργεια μπορούν να επιτύχουν τα ηλεκτρόνια. Αυτή η ιδιότητα εξαιρεί ορισμένα μοντέλα επιτάχυνσης και ευνοεί άλλα. Για παράδειγμα, το μοντέλο χιονοστιβάδας προτείνει ότι μια έκλαμψη αποτελείται από μεγάλο αριθμό στοιχειωδών εκρήξεων που προκαλούν περισσότερες εκρήξεις του ίδιου είδους. Δεν μπορεί να εξηγήσει την παρατηρούμενη ιδιότητα. Από την άλλη πλευρά, στο μοντέλο στροβιλισμού, η αφθονία των ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας αυξάνεται με την ισχύ, προβλέποντας έτσι την παρατηρούμενη συμπεριφορά.
Τα επόμενα χρόνια θα γίνουν δύο διαστημικές αποστολές προς τον Ήλιο για περαιτέρω εξερεύνηση εκλάμψεων, θέρμανσης κορωνοϊού και άλλα φαινόμενα. Το 2018 θα λανσαριστεί το εξ ολοκλήρου αμερικανικό μικρό Parker Solar Probe. Ένα χρόνο αργότερα θα ακολουθήσει μια μεγαλύτερη διεθνής αποστολή με επικεφαλής τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος. Και οι δύο αποστολές είναι εξοπλισμένες με πλήθος οργάνων για τον έλεγχο του μέσου κοντά στον Ήλιο και τη συνεργασία σε συμπληρωματικά σχέδια παρατήρησης.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Παρατηρήσεις ενός ραδιο-ήσυχου ηλιακού προβολέα , που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Solar Physics. Επικεφαλής αυτής της εργασίας ήταν ο Arnold O. Benz από το FHNW και το ETH Zurich, Ελβετία, σε συνεργασία με τη Marina Battaglia (FHNW, Ελβετία) και τον Manuel Guedel (Πανεπιστήμιο της Βιέννης).
