אבק קוסמי ועטרת השמש: מדוע האטמוספירה של השמש לוהטת במיליוני מעלות

אף הסבר יחיד לא התקבל באופן אוניברסלי, והמנגנון נותר לא ודאי . תצפיות אחרונות של הגשושית 'פרקר סולאר פרוב' סיפקו ראיות לכך שגלים מגנטיים המונעים מטורבולנציה תת-קרקעית יכולים להעביר אנרגיה ליונים, מה שתומך במודלים מבוססי גלים . מחקרים אחרים מצביעים על ננו-התלקחויות כמניע מרכזי, עם תצפיות בקרני רנטגן המראות פלזמה בטמפרטורה של 10 מיליון קלווין, שיכולה להיווצר רק על ידי התפרצויות אנרגיה פתאומיות .

היכן נכנסים גרגרי האבק הקוסמי לתמונה?

צפיפות האבק גוברת ככל שמתקרבים לשמש ומגיעה לשיא בעטרת F (F-corona), שם אור לבן המפוזר מאבק גובר על עטרת האלקטרונים K (K-corona) מעל לכ-3 רדיוסי שמש . בקרבת השמש, גרגרי אבק נטענים חשמלית בשל חשיפה לקרינה אולטרה-סגולה עזה ולזרמי פלזמה .

תפקידם הפוטנציאלי בחימום העטרה הוא עקיף אך ראוי לבחינה:

• הזרקת חומר: כאשר גרגרי אבק מושמדים בהתנגשויות או בסובלימציה (התאיידות) סמוך לשמש, הם מוסיפים אטומים ויונים לסביבה המקומית, ומזינים יונים כבדים לתוך רוח השמש והעטרה .
• דינמיקה של ננו-חלקיקים טעונים: גרגרים קטנים מאוד (1–10 ננומטר) יכולים להיות בעלי יחס מטען-למסה גבוה, מה שהופך את תנועתם למושפעת מאוד מכוחות אלקטרומגנטיים. מנגנון אחד שהוצע להארכת זמן השהייה של גרגרים חמים ליד הכוכב הוא לכידה מגנטית של ננו-חלקיקים טעונים .

עם זאת, חשוב להדגיש שחימום מבוסס אבק אינו מועמד ראשי בספרות המרכזית בנושא חימום העטרה. המקורות שסופקו מדגישים בעקביות חימום מבוסס גלים, חיבור מחדש וננו-התלקחויות כהסברים העיקריים .

שתי ההשפעות המתחרות: מסת אבק לעומת מטען אבק

התחרות התיאורטית בין מסת האבק למטען האבק נוגעת לאופן שבו אנרגיה שנרכשה על ידי גרגר אבק מתפזרת בסופו של דבר – האם היא מופקדת מקומית או נישאת למקום אחר לפני פיזורה. זהו מושג סביר בפיזיקת אבק-פלזמה, ועולה בקנה אחד עם האופן שבו ננו-חלקיקים טעונים מתנהגים בסביבות כוכביות .

1. מסת הגרגר ואינרציה – שחרור אנרגיה מקומי

גרגרי אבק גדולים ומסיביים יותר נשלטים פחות בקלות על ידי כוחות אלקטרומגנטיים. גרגר מסיבי שמצמוד בצורה חלשה לשדות מגנטיים יעקוב אחר מסלול בליסטי יותר. כאשר גרגר כזה מתנגש, מתפרק או מושמד, האנרגיה הקינטית שלו מופקדת מקומית כחום, יינון או עירור בחומר שמסביב. זה מעדיף חימום מקומי סמוך למקום בו הגרגר רכש את אנרגייתו.

2. מטען הגרגר ויחס מטען-למסה – הולכת אנרגיה למרחק

גרגרים קטנים מאוד – ננו-חלקיקים – יכולים להיות בעלי יחס מטען-למסה גבוה, מה שהופך את תנועתם למושפעת יותר מכוחות אלקטרומגנטיים . ננו-חלקיקים טעונים בסביבות כוכביות עלולים להילכד או להיות מונחים על ידי שדות מגנטיים כוכביים, ובכך להאריך את משך שהותם . במקרה כזה, האנרגיה הקשורה לגרגר עשויה להיות מועברת לאורך מבנים מגנטיים לפני פיזורה, במקום להשתחרר מיד במקום בו הגרגר רכש את האנרגיה. זה מעדיף הפקדת אנרגיה לא-מקומית.

השאלה המרכזית היא: האם האינרציה של הגרגר דומיננטית, מה שמוביל לחיכוך מקומי או לחימום כתוצאה מהתנגשויות, או שהצימוד האלקטרומגנטי שלו דומיננטי, המאפשר לאנרגיה להינשא לאורך קווי השדה המגנטי? התוצאה תלויה בגודל הגרגר, במטען פני השטח שלו, בתנאי הפלזמה המקומיים ובעוצמת השדה המגנטי.

הסתייגות חשובה

תחרות המסה-מול-מטען הזו היא מושג סביר בפיזיקת אבק-פלזמה ועולה בקנה אחד עם הרעיון שננו-חלקיקים טעונים יכולים להיות מושפעים באופן משמעותי משדות מגנטיים כוכביים . עם זאת, היא אינה חלק סטנדרטי מהוויכוח המרכזי על חימום העטרה. המקורות שסופקו ממשיכים למסגר את ההסברים המרכזיים במונחים של פיזור גלים, טורבולנציה, חיבור מגנטי מחדש, מיקרו-התלקחויות וננו-התלקחויות . אבק עשוי למלא תפקיד תומך או מקומי, אך הראיות הנוכחיות אינן תומכות בתחרות מסה-מול-מטען של גרגרי אבק כהסבר העיקרי לטמפרטורה של מיליון מעלות של העטרה.

בעיית חימום העטרה נותרה בלתי פתורה, וככל הנראה מספר מנגנונים פועלים יחד. כפי שמציין סקירה אחת, 'ככל הנראה אין פיסת פיזיקה אחת שתפתור את בעיית חימום העטרה אחת ולתמיד' .