Studerar solens yttre hetta

I atmosfären utanför solen sjunker först temperaturen för att sedan öka igen. Jorrit Leenaarts forskargrupp undersöker vad som orsakar denna mystiska hetta. Med skarpa bilder från ett nytt instrument tänker de göra 3D-modeller av magnetfälten i kromosfären, solatmosfärens yttersta skikt. Något som aldrig gjorts förut.

Projektanslag 2016

Fundamental magnetic processes in the solar chromosphere

Huvudsökande:
Docent Jorrit Leenaarts

Lärosäte:
Stockholms universitet

Medsökande:
Max Planck Institute for Solar System Research     
Sami Solanki       

Beviljat anslag:
34 miljoner kronor under fem år

Solen ligger 150 miljoner kilometer från jorden och är vår närmaste stjärna, berättar Jorrit Leenaarts. Han är astronom och har forskat om solens fysik sedan doktorandtiden i Nederländerna. Numera leder han en forskargrupp på Stockholms universitet.

– Eftersom solen är så pass nära oss går den att studera mer i detalj än andra stjärnor. Det är anledningen till att jag gillar solfysik. Och ju mer vi förstår om solen, desto mer kan vi förstå andra stjärnor och solsystem som vi inte kan observera lika bra.

Ytterligare ett skäl till att studera solen är för att öka förståelsen för det man kallar rymdväder. Dessa fenomen, till exempel solstormar, drivs av solen och kan även påverka oss på jorden.

– Solen är magnetiserad och det är de magnetiska fälten som skapar aktiviteterna på solen. Rymdvädret kan till exempel störa vår satellitkommunikation och större solstormar kan skada kraftnäten samt skapa problem för tåg- och flygtrafik, förklarar Jorrit Leenaarts.

Med hjälp av teleskopbilder och avancerade datorsimuleringar undersöker hans forskargrupp hur magnetiska fält formar solens atmosfär. Kunskap som i framtiden kan bli användbar för att förutspå rymdväder.

– Det vi gör är främst nyfikenhetsforskning. Men längre fram, kanske om 20 år, kan våra studier få praktiska applikationer för rymdväderprognoser.

Het kromosfär

Ett stort mysterium som solfysiker vill få förklaring på är varför det är så varmt i det yttre lagret av solatmosfären. Vad är det som gör att temperaturen först avtar i lagret närmast solens kärna och sedan ökar igen.

– Att det yttre lagret, kromosfären, blir hett måste bero på magnetiska fält. Om man inte inkluderar de magnetiska fälten skulle det vara väldigt kallt där. Inom vårt forskningsfält är det en stor debatt om vilka fysiska processer som skapar den här hettan och det finns många olika teorier.

Jorrit Leenaarts har slagit sig ihop med forskare vid tyska Max Planck-institutet. Tillsammans utvecklar de ett nytt instrument för att studera magnetfälten i kromosfären. Målet är att lyckas bena ut vilka processer som är inblandade i temperaturhöjningen. Projektet har ett femårigt anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

– Vi är oerhört tacksamma för stödet. Det skulle inte varit möjligt att genomföra det här ambitiösa projektet utan anslaget från Stiftelsen.

Skapar 3D-modell

På kanarieön La Palma finns sedan början av 2000-talet det svenska solteleskopet, SST. Där ska det nya instrumentet HeSP, Helium SpectroPolarimeter, placeras när det är färdigt.

– Redan i dag är SST världens bästa solteleskop. Med HeSP får vi ännu skarpare bilder med bättre tidsupplösning. Vi kommer kunna titta på väldigt små detaljer i magnetfälten och visa dem i 3D.

En pilotversion har redan testats med framgång. Nu vidareutvecklar projektgruppen tekniken. Det kommer att ta två år för ingenjörerna på Max Planck-institutet att bygga HeSP. Sedan ska instrumentet, som ryms i en meterstor box, installeras och testas. Man planerar att vara igång med observationer sommaren 2019.

– Vi har då tre fina instrument på SST som vi kan använda i vår forskning. Idag kan vi titta på blått ljus och rött ljus. Med HeSP kommer vi även att kunna se IR-ljus. Genom att använda dem tillsammans tar vi vara på hela solens spektrum och kan se alla färger i ljuset på samma gång.

Kombinationen av instrumenten blir extremt kraftfull, konstaterar Jorrit Leenaarts medan han visar några bilder från tidigare observationer på sin datorskärm. Forskargruppen vill studera temperaturer, energier och magnetiska fält i solatmosfärens alla lager för att kunna göra en tredimensionell modell av det som sker där.

– För att skapa en 3D-bild måste vi observera många olika våglängder tillsammans. Allt förändras väldigt snabbt i solatmosfären. Med vår tekniska design kan vi ta en bild var fjärde sekund och fånga upp små förändringar i kromosfärens svaga magnetfält. Det har ingen lyckats göra förut.

Mängder av data att tolka

I korridoren på institutionen för astronomi hänger färgglada bilder från solobservationer. Originalbilderna är dock svartvita och inte så vackra, avslöjar Jorrit Leenaarts. Innan de kan användas och tolkas måste de processas. Det är inget som görs på en kafferast. Hela kromosfärsprojektet beräknas generera 500 terabyte data. Det är enorma mängder bilder som ska bearbetas med avancerade datorprogram.

Som med all forskning är det svårt att sia om resultaten. Något som är säkert är att Jorrit Leenaarts och hans forskarkollegor om fem år kommer att veta mycket mer än idag.

– Kanske hittar vi något helt nytt. Vi kommer i alla fall att kunna testa, avvisa och konfirmera teorier om hur kromosfären blir het. Det är för mig det ultimata målet med projektet.

Text Susanne Rosén
Bild Magnus Bergström

Institutet för solfysik har även fått andra anslag för att bygga framgångsrika instrument på SST.

En av solens gåtor ska få en lösning