Hawaii’deki Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) ile çalışan bilim insanları, Güneş‘in yüzeyinde meydana gelen ve yıldızımızın dış atmosferine ısı sağladığı düşünülen bir mekanizma keşfetti. Bu durum, “Kelvin-Helmholtz Kararlılığı” olarak adlandırılan bir süreç olabilir ve Güneş yüzeyinden başlayarak koronal bölgeyi ısıtan bir olayın temel nedeni olabilir. Bu keşif, diğer yıldızlardaki benzer aktivitelerin temel fiziğini de açıklayabilir.
Çoğumuz, Dünya üzerindeki bulutlarda benzer “kararlılıkları” görmüşüzdür. Bu fenomen, sıvıların farklı hızlarda birbirinin üzerinden geçtiği zaman ortaya çıkar. Bu hareket, bir “kayma” zonu oluşturur ve küçük rahatsızlıkları girdaplara dönüştürür. Bu durumlar genellikle Jüpiter’in bulutlarında görülür ve o atmosferdeki akışkan dinamiğini gösterir. KHI aktivitesi ayrıca, Güneş rüzgarının gezegen manyetosferleriyle etkileşime girdiği Güneş Sistemi bölgelerinde de gözlemlenir. Dolayısıyla, iyi çalışılmış bir fenomendir.
Avustralya’daki Mount Duval üzerinde oluşan Kelvin-Helmholtz kararlılıklarından kaynaklanan bulutlar. GRAHAMUK tarafından Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported lisansı altında sunulmuştur.
KHI’nin Güneş Üzerindeki Etkileri
Güneş yüzeyinin, bu girdapların oluşması için uygun bir yer olduğu ortaya çıkıyor. Bu girdaplerin, hem kendi bölgelerinde meydana gelen olaylar aracılığıyla hem de dış atmosferi ısıtma yoluyla önemli bir rol oynadığı düşünülmektedir. Bu durum, “akı örülmesi” olarak bilinen bir fenomenle ilgilidir. Bu süreçte, Güneş üzerindeki manyetik alanlar birbirlerinin etrafına dolanır. Manyetik hatlar ne kadar sıkı sarılırsa, o kadar dengesizleşirler. Sonunda, bu güneş örgüsü çözülür ve yeniden bağlanır. Bu süreç “manyetik yeniden bağlantı” olarak bilinir ve aynı zamanda kuyruklu yıldızların plazma kuyruklarının manyetik alan çizgileri boyunca dolandığı durumlarda da gözlemlenir. Güneş üzerindeki örgüler çözüldüğünde, enerji açığa çıkar ve bu ısı atmosferin içine gönderilir. Örgüler genellikle yüzeyde bulunur ve burada sıcaklıklar yaklaşık 5800 Kelvin’dir (10.000 Fahrenheit). Atmosfer (korona) daha ince olduğundan, daha soğuk olması beklenir. Ancak, korona genellikle milyonlarca derece Kelvin’de (yaklaşık 2 milyon Fahrenheit) ölçülür. Güneş fizikçileri, bu büyük sıcaklık farkının nedenini anlamak için onlarca yıldır çalışmaktadır.
Örgüler, bu sorunun cevabını sağlayabilir, ancak güneş fizikçilerinin “bu örgülerinin neyin tetiklediği” hala net değil. Kesinlikle, Güneş plazmasında yeterli hareket vardır ve bu da manyetik alan çizgilerini etkileyebilir. Ancak, örgüler sürekli olarak oluşur ve bu da sürekli bir temel sürece ihtiyaç duyar. İşte burada Kelvin-Helmholtz Kararlılıkları devreye girer. Bu kararlılıklar, Güneş üzerinde sürekli olarak meydana gelir ve bu nedenle, manyetik alan çizgisi örgülerinin sürekli olarak oluşturulmasına ve bükülmesine neden olan gizli bir süreç olabilirler. KHI etkileri tarafından harekete geçirilen enerjinin sürekli akışı, dış güneş atmosferindeki yüksek sıcaklıkları açıklamak için önemli bir rol oynayabilir.
DKIST ile Güneş’in İncelenmesi
Bilim insanları, bu girdaplerin meydana geldiği Güneş yüzeyindeki bölgelerin yüksek çözünürlüklü görüntülerini ve verilerini elde etmek için DKIST tesisini kullandı. Daha sonra, görüntüleri analiz ettiler ve bunları, çok özel bir kod kullanılarak oluşturulan, güneş fotosferinin karmaşık bilgisayar simülasyonlarıyla karşılaştırdılar. Simülasyonlar, temel fizik denklemlerini kullanarak Güneş atmosferindeki olayları tanımlar ve bilim insanlarının doğrudan gözlemlenemeyen şeyleri “görmelerine” olanak tanır ve böylece gizli kalabilecek süreçlere ilişkin bilgiler sağlar.
Şimdi, DKIST görüntüleri tarafından “gizli” süreçler ortaya çıkarılmıştır: Güneş üzerindeki manyetik bölgelerin kenarlarında sıralanmış düzinelerce girdap benzeri yapı. Bu yapılar hem simülasyonlarda hem de görüntülerde gözlemlenmiştir ve bu da KHI olaylarının açık bir korelasyonunu göstermektedir. Çalışma, Güneş’in sürekli olarak kaynayan yüzeyinin (“granülasyon” olarak bilinir), manyetik yapılarla etkileşime girerek komşu katmanların farklı hızlarda hareket etmesine neden olan bölgelerin oluşmasına nasıl katkıda bulunduğunu göstermektedir.
“En yüksek çözünürlüklü güneş fotosferi gözlemlerinin, manyetik alan konsantrasyonlarının kenarlarında yeni bir dinamik rejim olan KH girdapları şeklinde ortaya çıktığını görmek çok heyecan verici,” dedi Yüksek Rakımlı Gözlemevi’nde bilgisayar simülasyonlarının oluşturulduğu kıdemli bilim insanı Matthias Rempel. “Bu gözlemler aynı zamanda, güneş magnetohidrodinamik simülasyonlarına bugüne kadarki en yüksek çözünürlüklü doğrulama sağlamaktadır ve fiziksel ayrıntılardaki uyum etkileyicidir.”
Inouye Solar Telescope’tan alınan gerçek bir gözlemin (sol üst) ve durum sanatının, fiziğe dayalı bilgisayar simülasyonları tarafından oluşturulan sentetik bir görüntünün (sağ üst) yan yana karşılaştırılması. İki görüntü arasındaki olağanüstü uyum, bilim insanlarının Kelvin–Helmholtz kararlılığının kökenini doğrulamasına olanak tanır; bu, sıvı veya gazın farklı hızlarda hareket ettiği zaman ortaya çıkan evrensel bir fiziksel fenomendir ve aralarındaki yüzeyde girdaplar oluşturur. Güneş’in yüzey manyetik alanının simüle edilmiş haritası (sağ altta), bu süreçlerin sınırları nasıl büküp deforme ettiğini doğrulamaktadır. Kaynak: NSF/NSO/AURA/HAO
Güneş Isınma Gizemini Çözmek?
Ulusal Güneş Gözlemevi’nden (DKIST’in işletmecisi) Thomas Rimmele’ye göre, KHI olaylarının keşfi çok şey açıklıyor. “Kelvin-Helmholtz kararlılığı, dış atmosferin ısınmasına katkıda bulunan bir mekanizmadır” dedi, “ve yıldızların neden milyon derece Kelvin sıcaklığa sahip bir korona olduğunu anlamanın bir parçasıdır.”
KHI bölgeleri, sadece sürekli olarak örgülü akı sağlayarak koronal bölgeyi sürekli olarak ısıtmakla kalmaz, aynı zamanda Güneş üzerindeki manyetize ve manyetizesiz plazmayı da karıştırır. Bu durumun, hemen birçok bölgede manyetik alanların yayılmasına neden olur. Bir sonraki adım, gelecekteki DKIST gözlem çalıştırmaları sırasında KHI’yi izole etmek ve incelemektir. Bu, güneş fizikçilerinin, KHI-örgülü sürecin yüzeyden güneş atmosferine ne kadar enerji aktardığını anlamalarına yardımcı olacaktır. Ayrıca, alt atmosferik bölgelerdeki manyetik alanların nasıl davrandığına ve Güneş Sistemi’nin geri kalanındaki devam eden güneş etkilerine ilişkin yeni bilgiler sağlayacaktır,” dedi NSO’dan Jacqueline Keane.
“Dünya’yı etkileyen dinamik uzay havasını anlamak için, bunu yönlendiren küçük ölçekli süreçleri görmemiz gerekir. Bu ince ayrıntıları ortaya çıkarmak için çok uzun zamandır bu yeteneğe sahip değildik” dedi. “Dört metrelik bir aynayı en son optikler ve cihazlarla birleştirmek, NSF Inouye Solar Telescope’un ilk kez bu kadar ince detayları ortaya çıkarma ve daha önce ulaşılmaz olan keşiflere izin verme yeteneğini sağlar.”
Daha Fazla Bilgi İçin:
NSF Inouye Solar Telescope Enables Major Discovery of a Hidden Solar Process
Ubiquitous Kelvin–Helmholtz Instabilities Driving Plasma Mixing on the Sun
Kaynak: Universe Today
