태양의 대기가 표면보다 더 뜨거운 이유는? Why the Sun's atmosphere is hotter than its surface(VIDEO)

source rgnn.org

* Scroll down for VIDEO

NASA - Mysterious Heat: Why Sun's Atmosphere is hotter than Surface (New Evidence)

edited by kcontents 

케이콘텐츠 편집

  태양은 표면 온도가 6000℃이지만 대기 온도는 100만°C 만큼 높은 이유는 무엇일까? 태양 내부와 외부 일부분의 진화를 시뮬레이션함으로써 프랑스 이론물리학센터(Centre de Physique Théorique, CNRS/École polytechnique)와 천체물리학연구소(Laboratoire Astrophysique, CNRS/CEA/Université Paris Diderot) 연구자들은 태양 대기를 가열하기 위해 충분한 에너지를 제공하는 메커니즘을 확인하고 있다. 

태양표면 아래에 있는 한 층은 끓는 물의 냄비로 작용하는데 에너지를 비축하는 소규모 자기장을 생성하는 것으로 여겨지고 있다. 태양으로부터 한번 나온 이 에너지가 비축되면서 맹그로브 같은 자기장 뿌리와 가지들로 이뤄진 네트워크를 통해 태양 대기층이 연속적으로 가열된다. 대기의 이러한 가열은 아마도 다른 많은 항성에서도 발생하며 태양권을 채우는 태양풍의 생성에 기여한다. 이같은 연구결과가 최근 Nature 저널에 발표돼 눈길을 끌고 있다. 

핵에서 섭씨 1500만 도에 이르는 태양의 온도는 이곳에서 멀어질수록 점차 감소해 표면에서는 6000℃로 낮아진다. 따라서 논리적으로는 대기에서 지속적으로 온도가 감소해야 한다. 그러나 채층에서는 10,000℃로 상승하며 코로나에서는 섭씨 100만 도를 초과한다. 어떤 에너지 원천이 대기층을 가열하고 이처럼 높은 온도를 유지하게 하는 것일까? 1세기 동안 이 의문은 천체물리학자들을 당혹케 했으며 이 현상이 지구에 영향을 미치는 태양풍의 기원과 관련되면서 더욱 그러했다. 

태양 내부에너지의 일부가 외부 층에 도달했다는 점에 대해서는 의문이 거의 없지만 정확한 메커니즘은 미스터리로 남아 있다. 연구자들은 소규모 자기장에 집중하고 있는데 이것은 흰 바탕에 검은 반점이 있는 모양이며 흑점에서는 예외이다. 

연구팀들은 프랑스 물리학센터와 IDRIS-CNRS의 GENCI 컴퓨터를 이용해 강력한 수치해석 모델을 실행한 결과 몇 시간 동안 하나의 시뮬레이션을 수행할 수 있었다. 이 시뮬레이션은 몇 개의 층으로 이뤄진 모델에 근거하고 있는데 하나는 태양의 내부 방향이며 나머지는 대기 쪽이다. 

연구자들은 태양표면 아래의 얇은 층은 실제로는 끓는 플라스마를 함유한 샐로우 팬(shallow pan)처럼 거동하는 것을 발견했는데 플라스마는 표면 아래에서 가열돼 입상반과 관련된 버블을 형성한다. 이 끓는 플라스마 수프는 자기장을 확대, 지속시키는 다이너모 프로세스(dynamo process)를 만든다. 자기장이 표면으로부터 나올 때 그 모습은 흰 바탕에 검은 반점이 있는 형상이며 메조스팟(mesospots)을 집중시키는데 이 스팟은 수가 적지만 더 크고 오래 지속되며 모두 지속적으로 관찰된다. 

과학자들은 태양 메조스팟 주변에서 맹그로브 숲을 닮은 구조를 또한 발견했다. 엉킨 채층 뿌리들은 채층 사이의 공간으로 들어가고 자기장 나무줄기를 둘러싼다. 이 줄기는 코로나 방향으로 올라가고 더 큰 규모의 자기장과 관련이 있다. 

연구자들의 계산결과에 따르면 채층에서 대기의 가열은 맹그로브 뿌리에서 일어나는 복합적인 초미니 폭발의 결과이다. 이 뿌리는 강한 전류를 운반하는데 끓고 있는 플라스마에서 나오는 버블과 보조를 맞춘다. 또한 연구자들은 메조스팟 근처에서 발생하는 폭발을 발견했는데 더 크지만 수는 적으며 대규모로 상부 코로나를 가열할 수 없다. 

이 폭발적인 프로세스는 나뭇가지를 따라 자기장 파동을 만드는데 현악기 모델링을 따라 이동하는 소리를 닮았다. 그 후 이 파동은 에너지를 상부 코로나로 전달하는데 파동이 연속적인 분산을 통해 코로나는 가열된다. 

또한 과학자들의 계산에 따르면 분출 물질이 표면으로 물러날 때 토네이도를 만들며 이것이 실질적으로 관찰된다. 나뭇가지 근처에서 얇은 플라스마 제트 또한 생성되는데 최근 발견된 스피큘(spicule)들과도 관련이 있다. 이 모든 현상들은 지금까지 가정된 단 하나의 원천이라기보다는 끓는 플라스마에 의해 생성된 다양한 에너지 채널을 구성한다. 

연구자들은 이 메커니즘에 있는 에너지 플럭스는 태양 대기에서 플라스마 온도를 유지하기 위해 모든 연구가 요구하는 채층의 4500W/m2, 코로나의 300W/m2와 비슷함을 발견했다. 

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

Why the Sun's atmosphere is hotter than its surface

Source: CNRS 

Summary: 

How can the temperature of the Sun's atmosphere be as high as 1 million degrees Celsius when its surface temperature is only around 6000°C? By simulating the evolution of part of the Sun's interior and exterior, researchers have identified the mechanisms that provide sufficient energy to heat the solar atmosphere. A layer beneath the Sun's surface, acting as a pan of boiling water, is thought to generate a small-scale magnetic field as an energy reserve which, once it emerges from the star, heats the successive layers of the solar atmosphere via networks of mangrove-like magnetic roots and branches.  

The Sun's surface and its mainly 'pepper-and-salt' magnetic field, except for the large sunspot regions, based on data from NASA's SDO satellite.

Credit: © Tahar Amari / Centre de Physique Théorique and S. Habbal / M. Druckmüller

How can the temperature of the Sun's atmosphere be as high as 1 million degrees Celsius when its surface temperature is only around 6000°C? By simulating the evolution of part of the Sun's interior and exterior, researchers from the Centre de Physique Théorique (CNRS/École polytechnique) and the Laboratoire Astrophysique, Interprétation -- Modélisation (CNRS/CEA/Université Paris Diderot) have identified the mechanisms that provide sufficient energy to heat the solar atmosphere. A layer beneath the Sun's surface, acting as a pan of boiling water, is thought to generate a small-scale magnetic field as an energy reserve which, once it emerges from the star, heats the successive layers of the solar atmosphere via networks of mangrove-like magnetic roots and branches[1]. This heating of the atmosphere, which contributes to generate the solar wind that fills the heliosphere, probably occurs in many other stars. These findings are published in the journal Nature dated 11 June 2015.

The Sun's temperature, which reaches around 15 million degrees Celsius in its core, steadily decreases with distance from the core, falling to 6000°C at its 'surface'. Logically, it should therefore continue to decline in the atmosphere. Instead, it rises to about 10,000°C in the chromosphere, and exceeds a million degrees Celsius in the corona. So what source of energy can heat the atmosphere and maintain it at such high temperatures? For around a century, this question puzzled astrophysicists, all the more so as it relates to the origin of the solar wind that affects Earth.

Although there was little doubt that part of the energy from the Sun's interior reached its outer layers, the exact mechanism remained a mystery. The researchers concentrated on the small-scale magnetic field, which, except for the sunspots, has a 'salt-and-pepper' appearance.

Using powerful numerical models run on computers at the Centre de Physique Théorique (CNRS/École Polytechnique) and GENCI at IDRIS-CNRS, the team performed a simulation for several hours, based on a model made up of several layers, one inside the Sun and the others in its atmosphere. The researchers observed that the thin layer under the Sun's surface actually behaves rather like a shallow pan containing boiling plasma[2], heated from below and forming 'bubbles' associated with granules. This boiling plasma soup generates a dynamo process that amplifies and maintains the magnetic field. As the field emerges from the surface, it takes on a salt-and-pepper appearance, forming concentrations dubbed 'mesospots' that are larger, fewer in number and more persistent, all of which is consistent with observations.

The scientists also discovered that a structure resembling a mangrove forest appears around the solar mesospots: tangled 'chromospheric roots' dive into the spaces between the granules, surrounding 'magnetic tree trunks' that rise up towards the corona and are associated with the larger-scale magnetic field.

The researchers' calculations show that, in the chromosphere, heating of the atmosphere results from multiple micro-eruptions in the mangrove roots that carry intense electric current, in pace with the 'bubbles' from the boiling plasma. They also discovered that larger but less numerous eruptive events take place in the neighborhood of the mesospots, although these are not able to heat the upper corona on a larger scale.

This eruptive process generates 'magnetic' waves along the tree trunks, rather like sound traveling along a plucked string. These waves then transport energy to the upper corona, which is heated by their progressive dissipation. The scientists' calculations also show that as the ejected matter falls back towards the surface it forms tornadoes, which have actually been observed. Thin plasma jets near the tree trunks are also produced and are associated with recently discovered spicules[3]. All these phenomena, which have been ascertained individually but not explained, make up various energy channels produced by the boiling plasma, rather than the single source hitherto postulated.

The researchers found that the energy fluxes of their mechanisms match those required by all studies to maintain the temperature of the plasma in the solar atmosphere, namely 4,500 W/m2 in the chromosphere and 300 W/m2 in the corona.

Notes:

1 The magnetic field lines are structured like roots and branches.

2 Plasma, often called the fourth state of matter, here represents an electrically conducting fluid.

3 Spicule: a thin jet of matter that emerges from the chromosphere and enters the corona.

http://www.sciencedaily.com/releases/2015/06/150617091757.htm

edited by kcontents 

"from past to future"

데일리건설뉴스 construction news

콘페이퍼 conpaper

.