Γιατί η θερμοκρασία της ηλιακής ατμόσφαιρας είναι τόσο υψηλή
12 Ιανουαρίου 2001: Ακούω, διαβάζω ότι δεν γνωρίζουμε γιατί η ηλιακή ατμόσφαιρα, το αεριώδες περιβάλλον του ήλιου, βρίσκεται σε θερμοκρασία της τάξης του ενός εκατομμυρίου βαθμών, ενώ η επιφάνειά του δεν ξεπερνά τα έξι χιλιάδες. Αυτό το πρωί μια ιδέα αναδύεται
...Υπάρχει ένα παρατηρήσιμο γεγονός: ο ήλιος εκπέμπει περιοδικά μεγάλες αρκούδες πλάσματος. Τα σημεία προσκόλλησης αυτών των αρκούδων στην επιφάνεια του ήλιου είναι οι ηλιακές κηλίδες. Το πλάσμα που περιβάλλει τον ήλιο βρίσκεται σε κατάσταση, εκτός αν κάνω λάθος, με "υψηλό μαγνητικό αριθμό Ρέινολντς". Δηλαδή, οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι "παγωμένες" («frozen in») στο πλάσμα. Φανταστείτε τα μαλλιά μιας γυναίκας σε μια πισίνα και ένα σπαθί που τα λείνει. Τα μαλλιά και το σπαθί είναι στενά συνδεδεμένα. Ένα τραβάει το άλλο, και αντίστροφα.
...Αυτές οι αρκούδες πλάσματος, νέο παρατηρήσιμο γεγονός, εκτείνονται σε μεγάλη απόσταση, και στη συνέχεια διαλύονται. Στη δεξιά εικόνα, παρουσιάζονται σχηματικά οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Σε κάθε σημείο του χώρου μπορούμε να συσχετίσουμε την τιμή του B με την αντίστοιχη τιμή της "μαγνητικής πίεσης", όπως φαίνεται.
...Υπάρχει επίσης διατήρηση του μαγνητικού ρεύματος:
...Η τιμή του μαγνητικού πεδίου είναι επομένως μέγιστη κοντά στις ηλιακές κηλίδες και ελάχιστη στο σημείο της μέγιστης εκτόξευσης της αρκούδας. Απορρέει έτσι ένα φαινόμενο πεδίου μαγνητικού βαθμού. Η αρκούδα λειτουργεί ως επιταχυντής φορτισμένων σωματιδίων, φυσικά. Έτσι, αέριο θα αποχωρήσει από την επιφάνεια του ήλιου, από κάθε ηλιακή κηλίδα, και, προωθούμενο από αυτό το βαθμό μαγνητικού πεδίου, πολύ υψηλότερο από τη βαρυτική δύναμη, θα ανέβει και θα επιταχυνθεί για να φτάσει στην περιοχή με το ελάχιστο πεδίο, όπου η αρκούδα είναι πιο εκτεταμένη και όπου η διατομή της είναι μεγαλύτερη. Αυτές οι μάζες πλάσματος θα μπορούσαν, κατά τη γνώμη μου, να συγκρουστούν. Το αποτέλεσμα θα ήταν η μετατροπή μαγνητικής ενέργειας (εκείνης που χρησιμοποιήθηκε για να επιταχύνει τις δύο μάζες πλάσματος) σε θερμική ενέργεια. Η ακόλουθη εικόνα επεξηγεί την ιδέα. Η επιτάχυνση σωματιδίων μέσω βαθμού πίεσης μαγνητικού πεδίου, ιδιαίτερα σε πολύ μεγάλες αποστάσεις, είναι ένας πολύ αποτελεσματικός διαδικασία. Όλα αυτά θα μπορούσαν να υπολογιστούν, να μοντελοποιηθούν πιο ακριβώς, αλλά νομίζω ότι αυτό το φαινόμενο θα μπορούσε να εξηγήσει την τόσο υψηλή θερμοκρασία της ατμόσφαιρας. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι, επειδή η ταχύτητα θερμικής διακύμανσης μεταβάλλεται ως την τετραγωνική ρίζα της θερμοκρασίας, η αύξηση από 6000 σε ένα εκατομμύριο βαθμών δεν αποτελεί παρά μόνο αύξηση κατά παράγοντα 12 στην ταχύτητα θερμικής διακύμανσης.
...Με αυτό, εκεί όπου οι μάζες πλάσματος συγκρούονται (οι αρκούδες θα ήταν τότε το πεδίο ενδιαφέροντος φαινομένων μαγνητοακουστικών) η πίεση στο πλάσμα μπορεί να γίνει τέτοια ώστε αυτό να εκφεύγει από το φραγμένο πεδίο που δημιουργείται από τις γραμμές μαγνητικού πεδίου. Έτσι, οι αρκούδες διαλύονται, εκτοξεύοντας το ζεστό περιεχόμενό τους. Στη συνέχεια, υπάρχουν δύο περιπτώσεις. Ένας μέτριος θέρμανση θα τροφοδοτούσε το αεριώδες περιβάλλον του ήλιου, την ατμόσφαιρά του. Το αέριο στην επιφάνεια του ήλιου είναι προσκολλημένο. Στους έξι χιλιάδες βαθμούς, η ταχύτητα θερμικής διακύμανσης είναι σαφώς μικρότερη από την ταχύτητα που πρέπει να έχει ένα σωματίδιο για να απομακρυνθεί σημαντικά από την επιφάνεια του ήλιου. Αυτός είναι ο λόγος που αυτή είναι πολύ κοντά σε μια σφαίρα. Αλλά τα γρηγορότερα σωματίδια, επιταχυνόμενα στις αρκούδες και στη συνέχεια απελευθερωμένα κατά τη διάλυση τους, αποτελούν τώρα τη "ατμόσφαιρα του ήλιου", που εκτείνεται σε πολύ μεγαλύτερη απόσταση.
...Ισχυρότερες ηλιακές έκρηξεις (που είναι στη πραγματικότητα ένα δευτερεύον αποτέλεσμα μιας ασταθούς κατάστασης τύπου μαγνητοϋδροδυναμικής, MHD, με υψηλό μαγνητικό αριθμό Ρέινολντς) δημιουργούν... το αστρικό άνεμο (στην περίπτωση του ήλιου, τον ηλιακό άνεμο). Επίσης γνωρίζουμε ότι η μεγάλη συγκέντρωση ηλιακών κηλίδων συνεπάγεται έντονη πυραύλωση της Γης από το αέριο που εκπέμπει ο ήλιος.
...Για τους μη ειδικούς στη φυσική του πλάσματος, αυτή η επιτάχυνση λόγω βαθμού μαγνητικού πεδίου μπορεί να είναι λίγο δύσκολη να κατανοηθεί. Αλλά πολλοί γνωρίζουν τη "μαγνητόσφαιρα" της Γης:
...Αριστερά, η γήινη σφαίρα με τον άξονα του μαγνητικού δίπολου που είναι κλεισμένος. Κατά τη διέλευση, το "μαγνητικό βορρά" της Γης είναι στη πραγματικότητα ένα νότιο πόλο, επειδή έλκει τους βορράδικους πόλους των βελόνων. Τα φορτισμένα σωματίδια (κυρίως ηλεκτρόνια) που εκπέμπονται από τον ήλιο (ηλιακός άνεμος) περιορίζονται στο δίκτυο των γραμμών του μαγνητικού πεδίου της Γης. Δεξιά: εκτελούν αντίστροφες κινήσεις μεταξύ περιοχών με υψηλό πεδίο, σπειροειδώς γύρω από αυτές τις γραμμές δύναμης. Αυτές οι σπειροειδείς τροχιές υλοποιούν σε κάποιο βαθμό τον τρόπο με τον οποίο αυτό το πλάσμα είναι δεμένο στο μαγνητικό πεδίο. Αυτό το πλάσμα, που αποτελεί τις "ζώνες Van Allen", όνομα προς τον αστροφυσικό που τις ανακάλυψε, κάνει την αντίστροφη κίνηση μεταξύ των βορείων και νοτίων περιοχών της Γης, ενώ τα σωματίδια αποστέλλονται ξανά όπως με την ρακέτα (μόνο λόγω του βαθμού πίεσης μαγνητικού πεδίου). Στη φυσική του πλάσματος αυτό ονομάζεται "μαγνητικό καθρέφτης" (magnetic mirror). Αριστερά, η "ουρά" της γήινης μαγνητόσφαιρας, αντίθετη προς τον ήλιο. ...Σε κανονική λειτουργία, τα φορτισμένα σωματίδια γυρίζουν πίσω σε πολύ μεγάλο υψόμετρο, πέρα από τη γήινη ατμόσφαιρα, της οποίας μπορούμε να ορίσουμε το όριο σε υψόμετρο 80 χιλιομέτρων. Όταν μια ισχυρή προσβολή ηλιακού ανέμου φτάνει στη Γη, τα σωματίδια, αν και υπόκεινται σε αντίσταση λόγω του βαθμού μαγνητικού πεδίου, καταφέρνουν να εισχωρήσουν στην υψηλή ατμόσφαιρα, και όλοι οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι αυτό είναι το αίτιο του φαινομένου των βορείων φωτών. Μια ζώνη Van Allen είναι λοιπόν μια δομή που