Heat waves on the Sun
A joint scientific team led by the Royal Observatory of Belgium (ROB) and the KU Leuven has found that high-frequency magnetic waves could play an essential role in keeping the Sun’s atmosphere at millions of degrees. This finding sheds a new light on the most intriguing solar mystery: what makes the Sun’s atmosphere hotter than its surface?
One of the long-standing astrophysical puzzles is exactly this coronal heating problem. From a young age, we are taught that temperature decreases as you move away from a heat source, but this is not true for the Sun. The Sun's only heat source resides in its core. Yet the corona, the outermost layer of the solar atmosphere, is about 200 times hotter than the photosphere, the Sun’s surface.
Prof. Tom Van Doorsselaere at KU Leuven says, “Over the past 80 years, astrophysicists have tried to solve this problem and now more and more evidence is emerging that the corona can be heated by magnetic waves.” This new insight developed from observations by the Extreme Ultraviolet Imager (EUI) telescope onboard Solar Orbiter, a spacecraft of the European Space Agency ESA, that is currently observing the sun from behind. The EUI telescope, operated by ROB, produces images of the solar corona with unprecedented resolution. Its movies reveal fast oscillations in the smallest magnetic structures of the solar corona, and the energy of these high-frequency waves contributes to the heating of the solar atmosphere.
The main question the scientists were asking was whether the energy originating from these new, fast oscillations outweighed the energy coming from similar, but slower oscillations that were already known. The scientific team performed a meta-analysis, which is a statistical method of using multiple scientific studies to derive common unknown truths. Dr. Daye Lim, lead author, concluded that high-frequency waves give a more significant contribution to the total heating generated by waves than low-frequency waves.
Dr. David Berghmans, the principal investigator of EUI, says, “Since her results indicated a key role for fast oscillations in coronal heating, we will devote much of our attention to the challenge of discovering higher-frequency magnetic waves with EUI.”
Yesterday, the Astrophysical Journal Letters published a scientific paper in which researchers from the ROB and KU Leuven describe this new conclusion. This research is supported by Fonds Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen (FWO), the Federal Science Policy Office (BELSPO), and the Solar-Terrestrial Centre of Excellence (STCE) in Uccle.
Full Sun observation taken on October 12, 2022 by EUI’s Full Sun Imager (FSI) and a zoom on the center of the Sun taken by its High-Resolution Imager (HRI). The white arrow corresponds to a distance of about 10 000 km. Three smaller structures highlighted with red, blue, and green boxes, show magnetic waves that appear as a transverse motion.
Click on the image to see a movie of the observations.
Credit: Solar Orbiter/EUI Team.
Vagues de chaleur sur le Soleil
Une équipe scientifique conjointe dirigée par l’Observatoire royal de Belgique (ORB) et la KU Leuven a découvert que les ondes magnétiques à haute fréquence pourraient jouer un rôle essentiel dans le maintien de l'atmosphère du Soleil à des millions de degrés. Cette découverte éclaire d'un jour nouveau le mystère solaire le plus intrigant : qu’est-ce qui rend l'atmosphère du Soleil plus chaude que sa surface ?
L'une des énigmes astrophysiques les plus anciennes est précisément ce problème de chauffage coronal. Dès notre plus jeune âge, on nous apprend que la température diminue à mesure que l'on s'éloigne d'une source de chaleur, mais ce n'est pas le cas pour le Soleil. La seule source de chaleur du Soleil réside dans son noyau. Pourtant, la couronne, la couche la plus externe de l'atmosphère solaire, est environ 200 fois plus chaude que la photosphère, la surface du Soleil.
Le professeur Tom Van Doorsselaere de la KU Leuven déclare : « Au cours des 80 dernières années, les astrophysiciens ont tenté de résoudre ce problème et, aujourd'hui, de plus en plus d'éléments indiquent que la couronne peut être chauffée par des ondes magnétiques. » Ce nouvel éclairage a été apporté par les observations du télescope EUI (Extreme Ultraviolet Imager) embarqué à bord de Solar Orbiter, un engin spatial de l'Agence spatiale européenne (ESA), qui observe actuellement le Soleil par l’arrière (le côté non visible depuis la Terre). Le télescope EUI, exploité par l’ORB, produit des images de la couronne solaire avec une résolution sans précédent. Ses films révèlent des oscillations rapides dans les plus petites structures magnétiques de la couronne solaire, et l'énergie de ces ondes magnétiques à haute fréquence contribue au chauffage de l'atmosphère solaire.
La question que se posaient les scientifiques était de savoir si l'énergie provenant de ces nouvelles oscillations rapides était plus importante que l'énergie provenant d'oscillations similaires, mais plus lentes, qui étaient déjà connues. L’équipe scientifique a effectué une méta-analyse, une méthode statistique qui consiste à utiliser plusieurs études scientifiques pour en déduire des vérités communes. Le Dr Daye Lim, auteur principal, a conclu que les ondes à haute fréquence contribuent davantage au réchauffement total généré par les ondes que les ondes à basse fréquence.
Le Dr David Berghmans, investigateur principal d’EUI, déclare : « Comme ses résultats indiquent un rôle clé des oscillations rapides dans le chauffage coronal, nous allons consacrer une grande partie de notre attention au défi que représente la découverte d’ondes magnétiques à plus haute fréquence avec EUI ».
La revue scientifique Astrophysical Journal Letters a publié hier un article dans lequel les chercheurs de l’ORB et de la KU Leuven décrivent cette nouvelle découverte. Cette recherche est soutenue par le Fonds voor Wetenschappelijke Onderzoek Vlaanderen (FWO), la Politique scientifique fédérale (BELSPO) et le Centre d’excellence Soleil-Terre (STCE, en anglais Solar-Terrestrial Centre of Excellence) d’Uccle.
Figure en haut: Image du Soleil en entier prise le 12 octobre 2022 par le Full Sun Imager (FSI) d’EUI et un zoom sur le centre du Soleil pris par son High-Resolution Imager (HRI). La flèche blanche correspond à une distance d’environ 10 000 km. Trois structures plus petites, mises en évidence par des cases rouges, bleues et vertes, montrent des ondes magnétiques qui apparaissent comme un mouvement transversal. Cliquez sur l’image pour voir un film des observations.
Hittegolven op de zon
Een wetenschappelijk team onder leiding van de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB) en de KU Leuven, heeft vastgesteld dat magnetische golven met een hoge frequentie essentieel zijn om de atmosfeer van de zon op te warmen tot miljoenen graden. Deze bevinding werpt een nieuw licht op het meest intrigerende zonne-mysterie: wat maakt de atmosfeer van de zon zoveel heter dan haar oppervlak?
Eén van de oudste vraagstukken in de astrofysica is precies dit probleem van de hete corona. Van jongs af aan leren we dat de temperatuur daalt wanneer je verder weg beweegt van een hittebron, maar dit blijkt niet te kloppen voor de zon. De enige warmtebron van de zon bevindt zich in haar kern. En toch is de corona, de buitenste laag van de zonne-atmosfeer, zo'n 200 keer warmer dan de fotosfeer, het zonsoppervlak.
Prof. Tom Van Doorsselaere van KU Leuven zegt hierover: “In de voorbije 80 jaar hebben astrofysici geprobeerd om dit probleem op te lossen en nu komt er steeds meer bewijs naar voren dat de corona kan opgewarmd worden door magnetische golven." Deze nieuwe inzichten komen van de Extreme Ultraviolet Imager (EUI) telescoop, aan boord van Solar Orbiter, een ruimtetuig van het Europees ruimtevaartagentschap ESA dat zich momenteel aan de achterkant van de zon bevindt. De EUI-telescoop, die wordt aangestuurd vanuit de KSB, maakt de scherpste filmpjes ooit van de zonnecorona. In zulke filmpjes worden snelle trillingen waargenomen in de kleinste magnetische structuren van de zonnecorona, en de energie van deze golven met hoge frequentie draagt bij tot de opwarming van de zonne-atmosfeer.
De vraag die de wetenschappers zich stelden was of de energie afkomstig van deze nieuwe, snelle trillingen wel opweegt tegen de energie van gelijkaardige, tragere trillingen, die al gekend waren. Het team van wetenschappers heeft daartoe een meta-analyse uitgevoerd, dat is een statistische methode waarbij verschillende wetenschappelijke studies worden gecombineerd om er een nieuwe, gemeenschappelijke waarheid uit te puren. Dr. Daye Lim, hoofdauteur, concludeerde dat golven met een hoge frequentie een grotere bijdrage leveren aan de totale opwarming door golven, dan die met een lage frequentie.
Dr. David Berghmans, hoofdonderzoeker voor de EUI-telescoop, besluit: "Omdat haar resultaten aantonen dat snelle trillingen een cruciale rol spelen in het opwarmen van de corona, richten we nu onze aandacht op de uitdaging om magnetische golven met hogere frequenties waar te nemen met EUI."
Gisteren verscheen de publicatie in het vaktijdschrift The Astrophysical Journal Letters waarin deze inzichten beschreven worden. Dit onderzoek werd ondersteund door het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen, de Programmatorische Federale Overheidsdienst Wetenschapsbeleid BELSPO, en het Solar-Terrestrial Centre of Excellence (STCE) in Ukkel.
Figuur bovenaan: Een beeld van de volledige zonneschijf, genomen op 12 oktober 2022 door de Full Sun Imager (FSI) van EUI en een zoom van het midden van de zon door haar High-Resolution Imager (HRI). De witte pijl geeft een afstand van ongeveer 10 000 km aan. Drie kleinere structuren worden uitgelicht door een rood, blauw en groen kader en tonen magnetische golven als een heen-en-weer beweging. Klik op de foto om een filmpje van de waarnemingen te bekijken.
