Najpodrobnejši posnetki razkrili skrite mehanizme Sonca

Na fotografiji je Sonce. Izjemne podrobnosti površja oziroma fotosfere so posneli z najmočnejšim teleskopom za opazovanje naše zvezde in odkrili skrite procese, ki poganjajo Sončevo aktivnost. 

Znanstveniki so s teleskopom Daniela K. Inouyeja ameriške Nacionalne znanstvene fundacije (NSF), ki se nahaja blizu vrha Haleakalā, vulkana na havajskem otoku Maui, posneli magnetno aktivno območje v bližini Sončeve pege, ki velja za žarišče aktivnosti. 

»Sončeve pege so temni madeži na površju Sonca, območja z izredno močnimi magnetnimi polji in nekoliko nižjo temperaturo glede na okoliško fotosfero, zato so videti temnejše. V času okoli povečane aktivnosti je peg veliko in magnetno polje Sonca je zelo kompleksno in prepleteno. To povzroča pogoste in močne blišče ter izbruhe koronalne mase,« je v nedavnem pogovoru za Delo pojasnila solarna fizičarka dr. Sonja Jejčič. 

Na podlagi posnetkov so raziskovalci na površini Sonca odkrili Kelvin-Helmholtzevo nestabilnost. To je fizikalni pojav v tekočinah in plinih, ki nastane, ko se ena plast tekočine ali plina giblje hitreje od sosednje plasti. Ustvari se strig, posledično pa majhne motnje prerastejo v udarne, valovite ali spiralne vrtince, ki so videti kot lomljenje oceanskih valov. 

Pojav sta okoli leta 1870 opisala lord Kelvin in Hermann von Helmholtz, kasneje je bil opažen in raziskan na številnih področjih fizike. Nestabilnost je opažena v različnih merilih, od majhnih jezerskih in oceanskih valov (v vetrovnih razmerah) in oblačnih formacij na Zemlji do atmosfer plinskih velikanov, kot sta Jupiter in Saturn, ter interakcije Sončevega vetra s planetarnimi magnetosferami v našem osončju.

Po pojasnilih NSF gre za odkritje, ki bi lahko pomagalo razložiti eksplozivno Sončevo aktivnost in druge pojave. Na Soncu se ta nestabilnost kaže kot drobni vzorci, podobni majhnim vrtincem na fotosferi.

Raziskovalci menijo, da je ta nestabilnost morda ključni razlog, zakaj se zunanja atmosfera – korona – tako segreje in zakaj se magnetna energija kopiči in giblje po Soncu. Magnetna energija spodbuja Sončeve blišče in izbruhe koronalne mase. Ta aktivnost lahko nabite delce pošlje proti Zemlji, kjer lahko vplivajo na satelite, električna omrežja in drugo tehnologijo. 

Sončeva korona je znanstvenike dolgo begala zaradi izredno visokih temperatur. »Temperatura od približno 5800 kelvinov (K) v fotosferi pade na minimum okoli 4400 K v spodnji atmosferi Sonca, nato pa v koroni nenadoma naraste na več kot milijon kelvinov. Danes se stroka večinoma strinja, da energijo v korono dovajata predvsem dva mehanizma, ki najverjetneje delujeta hkrati. Prvi mehanizem je magnetno prevezovanje, vključno z majhnimi dogodki, imenovanimi nanoblišči (sproščanje energije ob trganju in ponovnem spajanju magnetnih silnic), drugi pa so magnetohidrodinamični valovi (na primer Alfvénovi valovi), ki prenašajo energijo iz nižjih plasti Sonca po magnetnih silnicah v korono,« je razložila Sonja Jejčič. 

Najnovejša raziskava, objavljena v reviji Nature, temelji na podatkih, ki razkrivajo razbeljeno »pokrajino, kakršne še nismo videli«, in odkrivajo majhne in dinamične vrtince povsod na robovih magnetnih območij.

»To je omogočilo nedvoumno identifikacijo Kelvin-Helmholtzeve nestabilnosti v fotosferi, kar je bila prva eksperimentalna potrditev pojava, ki ga je teorija že dolgo napovedovala, a ga je lahko razkrila le visoka prostorska ločljivost teleskopa Inouye,« so poudarili pri NSF. 

»Verjamemo, da je odkritje Kelvin-Helmholtzeve nestabilnosti v fotosferi, podprto z analizo numeričnih simulacij, pomemben korak naprej v našem razumevanju dinamike in evolucije Sončeve in zvezdne plazme ter bo služilo kot osnova za prihodnja odkritja,« je poudaril dr. David Boboltz, namestnik direktorja Nacionalnega sončnega observatorija.

Linije magnetnega polja Sonca se zvijajo druga okoli druge, pri tem se ustvarijo napetosti. Ko se ta sprosti, se črte pretrgajo in nato znova povežejo v novih oblikah. Gre za tako imenovano magnetno prevezovanje. Ob nenadni preureditvi se sprosti veliko energije, nato se sistem umiri v mirnejše stanje z nižjo energijo. R

Česar znanstveniki še ne razumejo povsem, je, kaj sploh povzroča zvijanje in prepletanje, so pojasnili pri NSF. Odkritje teh majhnih vrtinčastih vzorcev zaradi Kelvin-Helmholtzeve nestabilnosti bi lahko bilo del odgovora, so dodali. 

»Kelvin-Helmholtzeva nestabilnost je verjetno mehanizem, ki prispeva k segrevanju zunanje atmosfere in je del rešitve dolgoletne uganke, zakaj imajo zvezde milijon stopinj Kelvina vročo korono,« je dejal dr. Thomas Rimmele, glavni tehnolog v Nacionalnem sončnem observatoriju.

Znanstveniki se zdaj premikajo proti naslednji fazi analize, ki vključuje uporabo računalniških programov, ki lahko samodejno zaznajo in preučijo vrtinčaste vzorce. Naslednja faza raziskav bo pokazala, koliko energije lahko Kelvin-Helmholtzeve nestabilnosti prenesejo v višje plasti Sončeve atmosfere in koliko vplivajo na način širjenja magnetnih polj v spodnjih delih Sončeve atmosfere.