Güneş'in kutup koronasında saklı hızlı dalgalar ilk kez sayıldı

Önde gelen kuramlardan bir grup, yanıtı yüksek frekanslı manyetohidrodinamik (MHD) dalgalarda arıyor. Sorun şuydu: kuramın istediği enerjiyi taşıyacak kadar güçlü, yüz saniyeden kısa periyotlu dalgalar koronada hiçbir zaman kesin biçimde görülememişti. Gao ve ekibinin National Science Review dergisinde yayımlanan çalışması, bu eksik nüfusun aslında orada olduğunu, sadece eski aletlerin ağından kaçtığını söylüyor.

Güneş'in kutbundaki ışık telleri

Koronal delik, Güneş'in manyetik alan çizgilerinin kapalı bir ilmek yapmak yerine uzaya doğru açıldığı bölge. Plazma buradan serbestçe dışarı akar; hızlı güneş rüzgârının kaynağı budur. Bu deliklerin içinden yükselen ince, ışın benzeri parlak yapılara koronal plüm deniyor. Plümler, dalgalar için doğal bir dalga kılavuzu gibi davranıyor: enerji onların boyunca yukarı taşınıyor.

Ekibin saydığı dalga türü ise kink dalgası. Bunu gergin bir çamaşır ipine yandan vurmak gibi düşünmek mümkün: ip kopmaz, incelmez, sadece bütün olarak yana savrulur ve o savrulma ip boyunca ilerler. Plüm iplikçikleri de öyle yapıyor — manyetik tüpün kendisi yana kayıyor ve bu sarsıntı yukarı, koronaya doğru yol alıyor. Fizikçiler bu dalgaları büyük ölçüde Alfvén benzeri kabul ediyor, yani manyetik alanın gerginliğinden beslenen dalgalar.

On iki saniye neden yetmiyordu

Bir dalgayı ölçebilmek için onu periyodu boyunca birkaç kez örneklemeniz gerekir. SDO üzerindeki AIA, 17,1 nanometrede on iki saniyede bir kare alıyor ve pikseli Güneş üzerinde 440 kilometreye karşılık geliyor. Periyodu 60 saniye olan bir dalga bu tempoda ancak beş kare boyunca izlenebilir; 40 saniyelik bir dalga ise pratikte kayıp. Saniyede iki kare çeken bir kamerayla kolibrinin kanadını çekmeye benziyor: kuş görünür, kanat görünmez.

Solar Orbiter'ın EUI'si aynı işi 17,4 nanometrede beş saniyede bir yapıyor ve pikseli 210 kilometre. Hem zamanda hem mekânda yaklaşık iki kat keskin. Ekip, plümlerin üzerine 8 ile 41 megametre yükseklikler arasında 17 yatay kesit yerleştirip zaman-uzaklık haritaları çıkardı, sonra Northumbria Üniversitesi'nin geliştirdiği NUWT adlı otomatik dalga izleme kodunu çalıştırdı. İki aletin sonucu şöyle:

Tablodaki değerler doğrudan makalenin karşılaştırma çizelgesinden. Asıl ayrım kısa periyotlarda: EUI'nin yakaladığı dalgaların yüzde 38'inin periyodu 100 saniyenin altındaydı, AIA'da bu oran yalnızca yüzde 9. Güç tayfı da aynı yöne işaret ediyor — 10-30 milihertz aralığındaki güç, 2-10 milihertz aralığındakinin iki katından fazla çıktı. Toplamda EUI'nin ölçtüğü dalga enerjisi akısı, AIA'nınkinin yaklaşık 2,6 katı.

Gao, Science China Press'in yayımladığı bültende bulgunun anlamını şöyle özetliyor: "Yeni bulgular, yüksek frekanslı dalgalar gerektiren modellerle çoğunlukla daha uzun periyotlu dalgaları saptayan önceki gözlemler arasındaki boşluğu kapatmaya yardım ediyor."

Peki bu enerji yetiyor mu? Hayır

Burada dürüst olmak gerekiyor. Daha önceki kink dalgası ölçümleri tipik olarak 100 W/m²'nin altında bir enerji akısı veriyordu ve bu, açık manyetik alan bölgelerinde koronanın ısınmasını ve rüzgârın hızlanmasını açıklamaya yetmiyordu. Yeni ölçüm bu rakamı katlamıyor; 30-50 W/m² hâlâ aynı yetersizlik bandında. Değişen şey, aynı gözlem yöntemiyle bakıldığında daha hızlı kameranın 2,6 kat daha fazla enerji gördüğü — yani eksik olan miktarın bir kısmının teknolojinin arkasında saklandığı.

Yazarların kendi belirttiği kuşku payı da küçük değil. Enerji akısı hesabı, plüm içindeki dalga taşıyan hacmin oranı için 0,5'lik bir "dolgu çarpanı" varsayıyor. Başka çalışmalar bu oranın yüzde 5-10 kadar düşük olabileceğini öne sürüyor; öyleyse mutlak enerji değerleri 5 ila 10 kat aşağı iner. Ancak aynı düzeltme eski ölçümlere de uygulanacağı için iki alet arasındaki 2,6 katlık fark yerinde kalıyor. Hesap ayrıca doğrusal MHD kuramına dayanıyor; ekip, ölçülen olayların yalnızca yüzde 8,6'sının hız genliğinin 30 km/sn'yi, yüzde 0,3'ünün 50 km/sn'yi aştığını, dolayısıyla doğrusal olmayan etkilerin istatistiği bozacak kadar yaygın olmadığını söylüyor.

Bu dalgalar nereden çıkıyor

Makale üç aday sıralıyor ve hiçbirini kesin dille savunmuyor:

• Değiş-tokuş yeniden bağlanması: kapalı bir manyetik ilmek, açık bir alan çizgisiyle karşılaşıp yeniden düzenlendiğinde yukarı doğru yüksek frekanslı bir sarsıntı fırlatıyor olabilir.
• Spikül salınımları: plümün dibinden fışkıran plazma sütunlarının kendi titreşimi doğrudan yukarıdaki plüme aktarılıyor olabilir.
• Türbülanslı kaskad: büyük ve yavaş dalgalar birbirine girip enerjiyi daha küçük, daha yüksek frekanslı dalgalara bölüyor olabilir.

Buna ek olarak fotosferden yukarı tünelleyen dalga gücü, kromosferdeki yüksek harmonik salınımlardan sızma ve son benzetimlerde görülen boyuna-enine mod dönüşümü de anılıyor; sonuncusu 20 milihertz civarında enine dalga üretebiliyor. Ayırt etmenin tek yolu, dalgayı alt atmosferdeki doğduğu yerden koronaya kadar aynı anda görüntü, tayf ve manyetik alan ölçümüyle izlemek.

Bulgunun sınırı: tek pencere, yirmi dakika

Bu sonuç tek bir veri setinden, tek bir kutup koronal deliğinden ve yirmi dakikalık bir kayıttan çıkıyor. Dalgalar yalnızca 8-41 megametre yükseklik aralığında izlendi. Ekip, bir iplikçiğin sayıma girmesi için en az 300 saniye boyunca izlenebilmesi gibi katı ölçütler koyduğunu, yine de olayların küçük bir kısmının daha zayıf olabileceğini yazıyor.

Daha can sıkıcı bir çelişki de var: yerdeki DKIST teleskobunun Cryo-NIRSP aleti, bu gözlemden daha yüksek çözünürlük ve bir saniyelik tempoya sahip olmasına rağmen yayımlanan güç tayfında 10-20 milihertz bandında güçlü bir katkı göstermemişti. Üstelik ekip, kendi EUI verisini yapay olarak AIA çözünürlüğüne düşürdüğünde tayftaki kırılma noktasının 10 milihertz'e kaydığını görüyor. Yani tayfın şeklinin ne kadarı Güneş'e, ne kadarı alete ait — henüz net değil. Yazarlar bunu açıkça "gelecekte birden çok EUI veri setiyle sınanması gerekir" diye not düşüyor.

Sırada ne var

En büyük engel bakış açısı. Dünya ve neredeyse bütün uzay araçları Güneş'in ekvator düzleminde dolandığı için kutuplara hep yandan, eğik bakıyoruz; bu da görüş hattı boyunca üst üste binen yapıların hangi dalganın nereden çıktığını gizlemesine yol açıyor. ESA'ya göre Solar Orbiter Şubat 2025'te yörüngesini Güneş ekvatoruna göre 17 derece eğerek bu düzlemin dışına çıkan ilk araç oldu ve kutupları ilk kez doğrudan görüntüledi.

Avrupa Uzay Ajansı'nın kendi YouTube kanalında yayımladığı aşağıdaki görüntüde, aracın Güneş'in güney kutbuna ait ilk kayıtları ve yörüngesini nasıl eğdiği anlatılıyor.

Tian'ın işaret ettiği asıl sıçrama ise daha ileride. Bültendeki sözleriyle: "Çin'in planladığı Güneş Kutup Yörünge Gözlemevi gibi gelecekteki görevler, görüntüleme, manyetik alan ölçümleri ve yerinde güneş rüzgârı gözlemleriyle birlikte Güneş'in kutup bölgelerine çok daha doğrudan bir bakış sunacak." Tian'a göre bu gözlemler "bu yüksek frekanslı dalgaların nerede üretildiğini, nasıl yayılıp söndüklerini ve hızlı güneş rüzgârının hızlanmasına nasıl katkı verdiklerini anlamak için belirleyici olacak."

Yüksek frekanslı dalgaların neden önemli olduğunu hatırlamakta yarar var: kuramda bu dalgalar enerjilerini daha çabuk bırakıyor. Rezonant soğurma denen mekanizmada sönüm mesafesi frekansla ters orantılı; yani dalga ne kadar hızlıysa enerjisini o kadar alçakta, koronanın tam ısınması gereken yerinde boşaltıyor. Elimizdeki yirmi dakikalık kayıt bunun kanıtı değil, yalnızca kanıtın hangi ölçekte aranması gerektiğinin işareti. Asıl soru hâlâ açık: Güneş bu enerjiyi nerede üretiyor ve koronaya çıkarken yolda ne kadarını kaybediyor?

Fotoğraf: European Space Agency, CC BY-SA 3.0 igo, Wikimedia Commons