Solens korona – det yderste lag af sin atmosfære, kun synlig under en total solformørkelse – har længe fascineret forskere på grund af dets ekstreme temperaturer, voldelige udbrud og store fremtrædende. Imidlertid har turbulens i Jordens atmosfære forårsaget billede sløret og hindret observationer af koronaen. En nylig udvikling fra forskere fra US National Science Foundation (NSF) National Solar Observatory (NSO) og New Jersey Institute of Technology (NJIT) ændrer det ved at bruge adaptiv optik til at fjerne sløret.
Som offentliggjort i Natur astronomidenne banebrydende “koronale adaptive optik” -teknologi har produceret de mest forbløffende, klareste billeder og videoer af finstruktur i koronaen til dato. Denne udvikling åbner døren for dybere indsigt i Corona’s gådefulde opførsel og processerne, der kører rumvejr.
Mest detaljerede koronale billeder til dato afsløret
Installeret ved 1,6 meter goods solteleskop (GST), der drives af NJITs Center for Solar-Terrestrial Research (CSTR) ved Big Bear Solar Observatory (BBSO) i Californien, “Cona”-det adaptive optik-system, der er ansvarligt for disse nye billeder-består af en lys, der er forårsaget af luftturbulens i jordens atmosfære-til den uklare luft, der følger under en under en understrømning.
“Turbulensen i luften forringer alvorligt billeder af genstande i rummet, som vores sol, set gennem vores teleskoper. Men vi kan korrigere for det,” siger Dirk Schmidt, NSO -adaptiv optikforsker, der førte udviklingen.
Blandt holdets bemærkelsesværdige observationer er en film af en hurtigt omstrukturering af solprominens, der afslører fine, turbulente interne strømme. Solariske fremtrædelser er store, lyse funktioner, der ofte vises som buer eller sløjfer, der strækker sig udad fra solens overflade.
En anden film gentager den hurtige dannelse og sammenbrud af en fint struktureret plasma -strøm. “Disse er langt de mest detaljerede observationer af denne art, der viser funktioner, der ikke tidligere er observeret, og det er ikke helt klart, hvad de er,” siger Vasyl Yurchyshyn, medforfatter til undersøgelsen og NJIT-CSTR-forskningsprofessor. “Det er super spændende at bygge et instrument, der viser os solen som aldrig før,” tilføjer Schmidt.
En tredje film viser fine strenge af koronal regn – et fænomen, hvor afkøling af plasma kondenserer og falder tilbage mod solens overflade. “Raindrops in the Sun’s Corona kan være smalere end 20 kilometer,” konkluderer NSO -astronom Thomas Schad fra de mest detaljerede billeder af koronal regn til dato, “disse fund tilbyder ny uvurderlig observationsindsigt, der er afgørende for at teste computermodeller af koronale processer.”
En anden film viser den dramatiske bevægelse af en solprominens, der er formet af solens magnetisme.
Et gennembrud i soladaptiv optik
Koronaen opvarmes til millioner af grader – meget varmere end solens overflade – ved mekanismer, der er ukendt for forskere. Det er også hjemsted for dynamiske fænomener med meget køligere solplasma, der vises rødlig-lyserød under formørkelser.
Forskere mener, at det at løse strukturen og dynamikken i det køligere plasma i små skalaer har en nøgle til at besvare koronalvarme-mysteriet og forbedre vores forståelse af udbrud, der skubber plasma ind i rumkørsel mellemrumsvejr-i, forholdene i jordens næsten rummiljø) primært påvirket af solenes aktivitet (EG, Solar Flares, Coronal Masse Ejects og Solar Wind), der kan påvirkes på Sun On Suns On System.
Den krævede præcision kræver store teleskoper og adaptive optik -systemer som det, der er udviklet af dette team.
GST -systemet CONA bruger et spejl, der kontinuerligt omformer sig 2.200 gange i sekundet for at modvirke billedforringelsen forårsaget af turbulent luft. “Adaptiv optik er som en pumpet autofokus og optisk billedstabilisering i dit smartphone-kamera, men korrigerer for fejlene i atmosfæren snarere end brugerens rystende hænder,” siger BBSO Optical Engineer og Chief Observer, Nicolas Gorceix.
Siden de tidlige 2000’ere er adaptiv optik blevet brugt i store solteleskoper til at gendanne billeder af solens overflade til deres fulde potentiale, hvilket gør det muligt for teleskoper at nå deres teoretiske diffraktionsgrænser – i, den teoretiske maksimale opløsning af et optisk system. Disse systemer har siden revolutioneret at observere solens overflade, men indtil nu har det ikke været nyttige til observationer i koronaen; og opløsningen af funktioner ud over solen.
“Det nye Coronal Adaptive Optics-system lukker dette årtier gamle kløft og leverer billeder af koronale funktioner på 63 kilometer opløsning-den teoretiske grænse for den 1,6 meter gode solteleskop,” siger Thomas Rimmele, NSO-chefteknolog, der byggede den første operationelle tilpasningsoptik til solens overflade og motiverede udviklingen.
Implikationer for fremtiden
Coronal Adaptive Optics -systemet er nu tilgængeligt på GST. “Denne teknologiske fremskridt er en spiludveksler, der er meget at opdage, når du øger din opløsning med en faktor på 10,” siger Schmidt.
Holdet ved nu, hvordan man overvinder opløsningsgrænsen, der er pålagt af Jordens laveste region i atmosfæren-i, troposfæren-på observationer ud over solgraden og arbejder på at anvende teknologien på 4-meter NSF Daniel K. Inouye Solar Telescope, bygget og drives af NSO i Maui, Hawaiʻi. Verdens største solteleskop ville se endnu mindre detaljer i solens atmosfære.
“Denne transformative teknologi, der sandsynligvis vil blive vedtaget på observatorier over hele verden, er klar til at omforme jordbaseret sol astronomi,” siger Philip R. Goode, fornem forskningsprofessor i fysik ved NJIT-CSTR og tidligere direktør ved BBSO, der co-forfatter undersøgelsen. “Med koronal adaptiv optik, der nu er i drift, markerer dette begyndelsen på en ny æra i solfysik, der lover mange flere opdagelser i årene og årtier fremover.”