Wie leitet die Sonnenoberfläche thermische Energie von der Konvektionszone zur Korona?

Sie haben tatsächlich einen Schlüsselbereich der laufenden Forschung identifiziert, der als das Problem der koronalen Erwärmung bekannt ist .

Lassen Sie uns zunächst eine Sache aus dem Weg räumen. Du fragst:

Oder gibt es eine Art von Materie mit wärmeleitenden Eigenschaften, die dies bewerkstelligen könnte?

Es kann kein solches Material geben. Jedes Material, das Wärme passiv von einer kühleren in eine wärmere Region diffundiert , würde gegen die Gesetze der Thermodynamik verstoßen.

Aber tatsächlich ist das Temperaturprofil der Sonne nicht monoton und erreicht ein Minimum in der Nähe der Photosphäre (der Oberfläche, von der ein typisches Photon zuletzt gestreut/emittiert wird, bevor es uns erreicht). Damit die Temperatur abseits der Wärmequelle ansteigt, muss es einen nichtthermischen Prozess geben.

Es hilft etwas zu beachten, dass die Korona extrem diffus ist. Daher suchen wir nicht unbedingt nach einer großen Menge an nichtthermischem Wärmetransport im Vergleich zu der Menge an Wärme, die durch Wärmestrahlung durch die Korona transportiert wird. Wikipedia gibt den Bruch als einen Teil an$40{,}000$. Außerdem sind Temperaturinversionen in dünnen Atmosphären nichts Neues .

Es gibt zwei Mainstream-Ideen, die zur Lösung des Problems diskutiert werden, die beide Magnetfelder in Plasmen betreffen.

Bei der Wellenerwärmung geht es darum, dass Wellen von irgendwo unterhalb der Korona ausgesandt werden, sich auf die entsprechende Höhe bewegen und dann einen Schock erzeugen, wodurch das Plasma erhitzt wird. In der idealen Magnetohydrodynamik (MHD, die Theorie perfekt leitender perfekter Flüssigkeiten, was nach vielen Annahmen klingt, aber tatsächlich auf viele astrophysikalische Plasmen anwendbar ist) gibt es Entropiewellen (auch in der einfachen Hydrodynamik, HD), langsam und schnell Magnetosonic-Wellen (etwas analog zu Schallwellen in HD) und Alfvén-Wellen (ein rein magnetisches Phänomen). Wie bei der Huntington-Krankheit wird eine glatte MHD-Wanderwelle (denken Sie an eine Sinuswelle) schließlich zu einem Schock (wo verschiedene Größen diskontinuierlich werden), und Schocks können die Entropie / Temperatur erhöhen, wenn sie vorbeiziehen.

Die Frage ist, ob sich solche Wellen überhaupt in die Korona ausbreiten, wann sie schocken würden und wie viel Wärme tatsächlich abgeführt würde.

Die andere Theorie ist die der magnetischen Wiederverbindung . Dies ist ein nicht idealer Prozess, bei dem das sogenannte Flux-Freezing nicht mehr gültig ist. Als Hintergrund können Magnetfeldlinien in idealer MHD als Advektion mit der Bewegung der Flüssigkeit angesehen werden - Magnetfelder können nicht relativ zur Flüssigkeit driften, da ihre leitende Natur eine 100% ige Rückreaktion hätte, die das Feld wiederherstellt (denken Sie an das Lenz-Gesetz ). Irgendwann müssen unsere Annahmen jedoch zusammenbrechen (z. B. aufgrund der diskreten Natur der Materie).

Die Wiederverbindung kann als entgegengesetzte Magnetfeldlinien visualisiert werden, die sich gegenseitig aufheben. Die Energieerhaltung erfordert jedoch, dass die fehlende magnetische Energie in etwas umgewandelt wird, in unserem Fall in Wärme. Wir wissen, dass die Wiederverbindung auf einer bestimmten Ebene stattfinden muss, aber auch hier ist es eine Frage der Details in Bezug auf die Korona. Beispielsweise wird beobachtet, dass naive Schätzungen der Wiederverbindungsrate, die einfach einen Term des elektrischen Widerstands in die Gleichungen einfügen, um Größenordnungen falsch sind.

Ich glaube, ich bin etwas überfordert, aber ich glaube nicht, dass es Konvektion ist. Die Korona wird aufgrund der hohen Schwerkraft der Sonne sehr schnell dünner.

http://sunearthday.gsfc.nasa.gov/2008/TTT/58_hotcorona.php

aus dem Artikel:

Es wäre, als stünden Sie in Ihrer Küche weit weg vom offenen Ofen, aber Sie würden die Temperaturen spüren, die fast 100-mal höher sind als die im Inneren des Ofens!

Das ist keine Konvektion. Konvektion tut das nicht. Es ist wahrscheinlich eine Art Energieumwandlung. Magnetische Energie wird zu Wärmeenergie.

http://en.wikipedia.org/wiki/Nanoflares

Laut Parker entsteht ein Nanoflare aus einem Ereignis der magnetischen Wiederverbindung, das die im solaren Magnetfeld gespeicherte Energie in die Bewegung des Plasmas umwandelt. Die Plasmabewegung (als Flüssigkeitsbewegung gedacht) tritt auf Längenskalen auf, die so klein sind, dass sie bald durch die Turbulenz und dann durch die Viskosität abgeladen wird. Auf diese Weise wird die Energie schnell in Wärme umgewandelt und von den freien Elektronen entlang der magnetischen Feldlinien näher an den Ort geleitet, an dem die Nanoflare einschaltet. Um einen Bereich mit sehr hoher Röntgenemission zu erhitzen, wird über eine Fläche von 1" x 1" ein Nanoflare von$10^{17}\ \mathrm{J}$sollte alle 20 Sekunden auftreten, und 1000 Nanoflares pro Sekunde sollten in einem großen aktiven Bereich auftreten$10^5 \times 10^5\ \mathrm{km^2}$. Auf der Grundlage dieser Theorie könnte die Emission einer großen Flare durch eine Reihe von Mikro-Nanoflares verursacht werden, die nicht einzeln beobachtbar sind.

Es ist erwähnenswert, dass dies nur eine von drei Haupttheorien ist und es keine absolute Gewissheit darüber gibt, wie es funktioniert, aber der erste Artikel, den ich gepostet habe, deutet darauf hin, dass es einige Beweise dafür gibt, dass Mikro-Eruptionen die Hauptursache sind.
( https://www.nasa.gov/content/goddard/best-evidence-yet-for-coronal-heating-theory und http://iopscience.iop.org/0004-637X/790/2/112/ )