Badania atmosfery Słońca Understand article

Tłumaczenie Bogusław Malański i Szymon Malański. Czy zastanawiałeś się kiedyś, co to jest wiatr słoneczny? Jakie ma wpływ na atmosferę Ziemi gwałtowna erupcja na Słońcu? Lucie Greek z Iniversity College London’s Mullard Spacie Science- Wielka Brytania- opisuje najnowsze badania…

Został uruchomiony specjalny program zajmujący się badaniem Słońca i jego wpływem na Układ Słoneczny. Program ten został zainicjowany przez ONZ i nazwany Międzynarodowym Rokiem Fizyki Słońca^w1; naukowcy z całej Europy biorą w nim udział. Jednym z tematów badań jest atmosfera Słońca; jest jeszcze wiele pytań dotyczących atmosfery naszej lokalnej gwiazdy.

Jedno z tych pytań zostało zadane w roku 1869, gdy podczas obserwacji spektroskopowych Słońca w czasie jego pełnego zaćmienia odkryto linie widmowe nieznane dotychczas na Ziemi. Początkowo myślano, że jest to nowy pierwiastek i nadano mu nazwę ‘coronium’. Później stwierdzono, że linie te pochodzą od silnie zjonizowanego żelaza w bardzo wysokiej temperaturze ( około 1 milion Kelvinów). Odkrycie to (rok 1939) było pierwszym dowodem, że temperatura gazów atmosfery Słońca jest dużo większa niż temperatura jego powierzchni – 6000 Kelvinów. Stanowiło to zagadkę. Przy oddalaniu się od rdzenia Słońca- źródła ciepła, temperatura powinna spadać. I tak właśnie jest, aż do momentu osiągnięcia górnych warstw fotosfery. Dalej temperatura rośnie wraz ze wzrostem odległości od rdzenia Słońca. Ten fakt przeczy II zasadzie termodynamiki; ciało chłodniejsze nie może ogrzewać (przekazywać energii do ciała cieplejszego). Powstaje pytanie: co ogrzewa koronę Słońca?

Oprócz zaobserwowania pierwszej linii emisyjnej w świetle widzialnym, stwierdzono potem, że większość emisji z obszaru korony występuje w zakresie ultrafioletowym oraz rentgenowskim. Wraz z nastaniem ery eksploracji przestrzeni pozaziemskiej w roku 1957, teleskopy rentgenowskie wysyłane są na orbitę i zbierają dane z poza atmosfery Ziemi, która absorbuje promienie X. Wkrótce zauważono, że silne promieniowanie X pochodzi z regionów Słońca gdzie występuje silna koncentracja pola magnetycznego. Czy istnieje jakiś związek między polem magnetycznym a ogrzewaniem atmosfery Słońca?

Obserwacje dokonane w roku 1995 dokonane z pokładu statku wysłanego przez European Space Agency/National Aeronautics – Space Administration – SOHO są podstawą do wysunięcia wielu teorii. Teorie te można podzielić na dwie kategorie: wydobywanie energii z pola magnetycznego, którym otoczone jest Słońce oraz przekazywanie energii poprzez fale, których źródłem jest wnętrze Słońca. Więcej zwolenników ma pierwsza kategoria, ale praca trwają nadal.Korona słoneczna wraz ze swoją dużą przewodnością cieplną nieustannie rozprzestrzenia się w przestrzeń kosmiczną. Zjawisko to nosi nazwę wiatru słonecznego. Istnieją dwa takie wiatry; powolny poruszający się z szybkością 400 km/s oraz szybki – 800km/s. Jak do dzisiaj dokładny mechanizm, jak i źródło tych wiatrów nie są znane; badania w toku.

Wiatr słoneczny obejmuje swoim działaniem planety oraz inne ciała Układu Słonecznego. Niektóre planety, np. Ziemia, wytwarzają własne pole magnetyczne Jedne z nich, jak Ziemia, posiadają w swoim wnętrzu płynne jądro żelazne. Inne, jak, Jowisz, posiadają tak mocno skompresowaną atmosferę wodorową, zachowująca się jak metal. Pole magnetyczne tych planet tworzy pewną konfigurację w przestrzeni, przez, którą przepływa wiatr słoneczny. Pole magnetyczne planety działa, jak duży głaz w rzece, odchyla strumień wiatru słonecznego. Wiatr magnetyczny niesie ze sobą swoje własne pole magnetyczne i jeżeli napływa z kierunku południowego, kierunek tego pola, to dodaje się do pola magnetycznego Ziemi.

Wtedy można obserwować piękne zorze polarne (zarówno północne, jak i południowe). Prowadzi się również badania nad wpływem wiatru słonecznego na planety, które nie posiadają własnego pola magnetycznego. Na przykład aktualne na orbicie Wenus znajduje się stacja Venus Express, która bada wpływ wiatru słonecznego na erozję atmosfery planety.

Najbardziej dramatyczne procesy zachodzące w atmosferze Słońca, to gigantyczne erupcje plazmy i pola magnetycznego opisywane w literaturze skrótem CME (ang. corona mass ejection – koronowa emisja masy). CME został po raz pierwszy zarejestrowany w latach 70-tych. Badania pokazały okresowość tego zjawiska – cykl słoneczny. Cykl CME minimalny, to raz na trzy dni, maksymalny, to pięć razy w ciągu dnia. Erupcje te mogą być skierowane w kierunku Ziemi, tak, jak wiatr słoneczny; można znaleźć wpływ tych erupcji na pole magnetyczne Ziemi. W rezultacie następuje ogrzewanie atmosfery Ziemi, jej powiększanie się oraz zmiany w orbitach satelitów. Ten widoczny wpływ CME na atmosferę Ziemi jest niezwykle interesujący i obecnie już cała flota satelitów śledzi to zjawisko.

Przyczynę powstawania CME wiąże się z polem magnetycznym Słońca, które wytwarzane jest przez prąd elektryczny zwany prądnicą słoneczną, głęboko wewnątrz Słońca. Gęsto upakowane pole magnetyczne przedostaje się przez fotosferę i rozszerza aż na obszar korony. Pole magnetyczne nieustannie jest wstrzykiwane do atmosfery Słońca uważa się, że CME zapobiega nadmiernej koncentracji pola magnetycznego. Sondy: SOHO, TRACE, STEREO i Hinode monitorują zmiany struktury pola magnetycznego Słońca w czasie.

Misja STEREO składa się z dwóch sond okrążających Słońce pozwalając im oddalać się od orbity Ziemi (jedna sonda krąży nieco bliżej, druga nieco dalej Słońca). Oznacza to, że sondy widzą Słońce z dwóch różnych pozycji i podobnie jak naszych dwoje oczu, misja STEREO daje nam przestrzenne obrazy erupcji struktury magnetycznej (patrz dół). Trójwymiarowe obrazy erupcji pozwalają stosować do ich opisów wiedzę o przestrzennej strukturze pola magnetycznego. STEREO pomaga również przewidzieć czy dana CME skierowana jest w kierunku Ziemi? Wiedza ta pozwala operatorom satelitów oraz sieci energetycznych przygotować się na ewentualną kolizję CME z Ziemią.

Sonda Hinode jest odpowiednikiem teleskopu Hubble’a. Obserwuje ona nieustannie Słońce, śledząc w szczegółach rozwój magnetycznej jego struktury. Sądzi się, że jedynym sposobem zdobycia energii zdolnej do wyrzucenia miliardów ton materii, która tworzy CME, jest energia zmagazynowana w skręconym polu magnetycznym. Hinode dokonuje pomiarów tego pola; jego wyniki są łączone z rezultatami otrzymywanymi z sond STEREO. Jeżeli zrozumiemy natur e CME, będziemy w stanie przewidzieć, jakie pola magnetyczne przyczynią się do erupcji oraz jaki jest wpływ CME na Ziemię.

Nieustannie wiejący wiatr słoneczny oraz sporadyczne CME powodują, że Ziemia bezpośrednio odczuwa zjawiska zachodzące w atmosferze Słońca, która to atmosfera rozprzestrzenia się na cały Układ Słoneczny. Wiedza podstawowa o tym, co się dzieje z naszą dzienną gwiazdą, pozwala zrozumieć nasze miejsce w Układzie Słonecznym.

Download

Download this article as a PDF