Κάτι τρέχει με τον Ήλιο!

Νέες έρευνες δείχνουν ότι η συμπεριφορά του Ήλιου δεν είναι τόσο σταθερή όσο πιστεύουμε. H διάρκεια του τελευταίου ηλιακού ελαχίστου, δηλαδή της ιδιαίτερα μειωμένης ηλιακής δραστηριότητας, ήταν ασυνήθιστα μεγάλη, γεγονός που έχει επιπτώσεις, όπως υποστηρίζουν πολλοί επιστήμονες, και στο κλίμα του πλανήτη μας.

Το άστρο μας άρχισε να συμπεριφέρεται περίεργα

Το 2010 ο χειμώνας ήταν ιδιαίτερα ψυχρός στη Βόρεια Ευρώπη. Σύμφωνα με ορισμένους επιστήμονες, το γεγονός αυτό δεν είναι τυχαίο. Όπως επισημαίνεται μάλιστα, θα πρέπει μάλλον να αποδώσουμε αυτή την κατάσταση στην ασυνήθιστα χαμηλή ηλιακή δραστηριότητα. Σύμφωνα με τον Άγγλο καθηγητή Αστροφυσικής Mike Lockwood στο Πανεπιστήμιο του Reading, η χαμηλή ηλιακή δραστηριότητα μπορεί να επιδράσει στα λεγόμενα «jet streams», στενά ρεύματα αέρα που κινούνται με πολύ μεγάλες ταχύτητες σε μεγάλο υψόμετρο.

Τα ρεύματα αυτά κινούνται από τα δυτικά προς τα ανατολικά και, σύμφωνα με τον Lockwood, αλλαγές στην ηλιακή δραστηριότητα μπορούν να τα «παγιδέψουν» πάνω από τον Ατλαντικό. Αν συμβεί κάτι τέτοιο, οι θερμοί δυτικοί άνεμοι, που μας διασφαλίζουν σχετικά ήπιους χειμώνες, εμποδίζονται να φτάσουν στην Ευρώπη, αφήνοντας το πεδίο ελεύθερο στους παγωμένους αρκτικούς ανέμους, που προκαλούν παγερούς χειμώνες.

Γνωρίζουμε ότι, σε γενικές γραμμές, η ηλιακή δραστηριότητα αυξάνεται και μειώνεται περιοδικά, περίπου κάθε 11 χρόνια, ακολουθώντας αυτό που οι αστρονόμοι ονομάζουν «ηλιακό κύκλο». Στη διάρκεια του ηλιακού μεγίστου η ηλιακή δραστηριότητα είναι αυξημένη, με πολλαπλές ηλιακές κηλίδες και εκλάμψεις, σε αντίθεση με το ηλιακό ελάχιστο, όπου οι ηλιακές κηλίδες και η υπόλοιπη ηλιακή δραστηριότητα σχεδόν εξαφανίζονται. Κι όμως, γνωρίζουμε ότι υπάρχουν παρεκκλίσεις σε αυτό τον ενδεκαετή ηλιακό κύκλο.

Για παράδειγμα, το τελευταίο ηλιακό ελάχιστο διατηρήθηκε πολύ περισσότερο απ’ ό,τι συνήθως, γεγονός που συνδέεται από πολλούς επιστήμονες με τους παγερούς χειμώνες που εκδηλώνονται, κατά βάση, στη Βόρεια Ευρώπη. Όταν υπάρχουν πολλές ηλιακές κηλίδες, στον Ήλιο σημειώνονται πολλές εκρήξεις. Έτσι, εκτοξεύεται περισσότερη υπεριώδης ακτινοβολία, που επηρεάζει την άνω ατμόσφαιρα της Γης.

H θεωρία του Άγγλου καθηγητή στηρίζεται στο γεγονός ότι η υπεριώδης ακτινοβολία απορροφάται από το στρώμα του όζοντος 20-50 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της Γης, με αποτέλεσμα να θερμαίνεται η στρατόσφαιρα, που με τη σειρά της προκαλεί ανέμους. Σύμφωνα δε με το μοντέλο του Mike Lockwood, επηρεάζεται παράλληλα το στρώμα της τροπόσφαιρας σε ύψος 7-12 χιλιομέτρων και, κατά συνέπεια, ο τρόπος που κινούνται τα jet streams.

Με την αξιοποίηση πολλών στατιστικών στοιχείων, ο Άγγλος αστροφυσικός κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι παγεροί χειμώνες στη Βόρεια Ευρώπη συνδέονται, κατά κανόνα, με χαμηλή ηλιακή δραστηριότητα, χωρίς όμως να αποκλείονται και οι εξαιρέσεις. Εκτός αυτού, οι παγεροί χειμώνες αποτελούν τοπικό φαινόμενο που αφορά, κατά κύριο λόγο, στην Ευρώπη και δεν επηρεάζει ολόκληρο τον πλανήτη.

Χαρακτηριστικό είναι το γεγονός ότι το 2010 χαρακτηρίζεται ως το θερμότερο έτος που έχει σημειωθεί σε όλο τον πλανήτη, παρόλο που οι χειμώνες ήταν ιδιαίτερα ψυχροί στη Βόρεια Ευρώπη. O Mike Lockwood μάλιστα υποστηρίζει ότι η ηλιακή δραστηριότητα έχει μειωθεί τον τελευταίο αιώνα και ενδεχομένως να βαδίζουμε προς μια μακρόχρονη περίοδο ηλιακής «ύφεσης», χωρίς κηλίδες.

Το πλάσμα έφτασε στους πόλους

H Mausumi Dikpati και η ερευνητική της ομάδα του Κέντρου Ατμοσφαιρικών Ερευνών στο Κολοράντο ερμηνεύουν διαφορετικά τη μείωση της ηλιακής δραστηριότητας. Όπως υπάρχουν ωκεάνια ρεύματα στη Γη, υπάρχουν και ρεύματα θερμού πλάσματος κάτω από την επιφάνεια του Ήλιου. Αυτός ο καυτός ποταμός πλάσματος κάτω από την επιφάνεια ρέει κανονικά από τον ισημερινό του Ήλιου προς τους πόλους, όπου βυθίζεται, επιστρέφοντας στη συνέχεια στον ισημερινό. Ακριβώς όπως τα θαλάσσια ρεύματα, έτσι και τα ηλιακά ρεύματα πλάσματος μπορούν ν’αλλάξουν πορεία. Υπό κανονικές συνθήκες, κινούνται μέχρι τα 2/3 της απόστασης προς τους πόλους, πριν βυθιστούν.

Κατά κανόνα, ο καυτός ποταμός του πλάσματος ακολουθεί πορεία που φτάνει τα 2/3 της απόστασης έως τους πόλους. Το δε 2008, τα ρεύματα πλάσματος έφτασαν σχεδόν μέχρι τους πόλους, ενώ κινούνταν με ρυθμό ασυνήθιστα χαμηλό

Στα τέλη του 2008 όμως τα ρεύματα πλάσματος έφτασαν μέχρι τους πόλους, αλλά η επιστροφή τους έγινε σε βραδύτερους από τους συνηθισμένους ρυθμούς. Σύμφωνα με ηλεκτρονικούς υπολογισμούς, η αλλαγή της πορείας των ρευμάτων μπορεί να ερμηνεύσει τη χαμηλή ηλιακή δραστηριότητα. To μεγάλο ερώτημα που τίθεται είναι το εξής: πρόκειται για χρονικά περιορισμένο φαινόμενο ή σηματοδοτεί μονιμότερη αλλαγή; H απάντηση ενδεχομένως να δοθεί από τους δορυφόρους που μελετούν από κοντά τον Ήλιο.

O ηλιακός άνεμος πέφτει

H παράδοξη συμπεριφορά του Ήλιου δεν αποτυπώνεται μόνο στην εξαφάνιση των ηλιακών κηλίδων. Κατεγράφη μείωση της εκπομπής του ορατού ηλιακού φωτός κατά 0,02%. To αντίστοιχο ποσοστό μείωσης της υπεριώδους ακτινοβολίας προσδιορίζεται στο 6%. Και τα δύο φαινόμενα εκδηλώθηκαν το 1996, εποχή κατά την οποία η δραστηριότητα των ηλιακών κηλίδων είχε φτάσει στο ναδίρ. Συγκριτικές μετρήσεις που έχουν διενεργηθεί καταγράφουν τον ασθενέστερο ηλιακό άνεμο των τελευταίων-50 ετών.

Ο ηλιακός άνεμος είναι κύμα ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων που εκτοξεύονται από τον Ήλιο με ταχύτητα 400 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. O ευρωπαϊκός ανιχνευτής Ullyses (Οδυσσέας) κατέγραψε το 2008 μείωση κατά 20% της πίεσης που ασκεί ο ηλιακός άνεμος. Επιπρόσθετα, ο Ήλιος εκπέμπει πολύ λιγότερη ακτινοβολία σε διάφορα μήκη κύματος. Χαρακτηριστικό είναι το γεγονός ότι η ακτινοβολία σε μήκος κύματος 10,7 εκατοστών ήταν η ασθενέστερη που έχει σημειωθεί από το 1955. Καθεμιά από αυτές τις αλλαγές, από μόνη της, δεν είναι ανησυχητική. Όλες μαζί όμως μας δείχνουν ότι δεν πρέπει να θεωρούμε δεδομένη και αμετάβλητη τη συμπεριφορά του Ήλιου. O κίνδυνος, φυσικά, δεν αφορά σε μια ενδεχόμενη αιφνιδιαστική διόγκωση του σε ερυθρό γίγαντα ή κάποια δραματική αλλαγή στη συμπεριφορά του. Όμως, η οποιαδήποτε διαφοροποίηση της συμπεριφοράς του έχει μεγάλη επίδραση στη διαμόρφωση των κλιματολογικών μοντέλων. Έως τώρα, το σύνολο των μελετών επικέντρωνε στην επίδραση του ανθρώπινου παράγοντα, πρωτίστως δε σε αυτή των αερίων του θερμοκηπίου. Av όμως όντως ο Ήλιος συμπεριφέρεται διαφορετικά, τότε πρόκειται για μια καινούρια παράμετρο, στην οποία θα πρέπει να δοθεί η δέουσα προσοχή.

Ετήσιοι δακτύλιοι και πυρήνες πάγου

Για να καταλάβουμε τη μακροχρόνια συμπεριφορά του Ήλιου θα πρέπει να ξέρουμε τις συνθήκες που επικρατούσαν στο άστρο μας πριν από χιλιάδες χρόνια. Κάτι τέτοιο είναι εφικτό μέσω των μετρήσεων της συχνότητας ραδιενεργών ισοτόπων. Στους ετήσιους δακτυλίους των δέντρων μπορεί να μετρηθεί η ποσότητα του άνθρακα-14 και το ποσοστό του βηρύλλιου-Ί 0 σε δείγματα πάγου από τη Γροιλανδία και την Ανταρκτική.

Οι τιμές μάς αποκαλύπτουν πόση κοσμική ακτινοβολία είχε φτάσει στη Γη και αν αυτή συνδέεται με το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου, που είναι ισχυρότερο όταν είναι έντονη η ηλιακή δραστηριότητα.

Μελετώντας αυτά τα στοιχεία, ο Mike Lockwood παρατήρησε ότι η δραστηριότητα του Ήλιου αυξομειώνεται, σχηματίζοντας έναν άλλο κύκλο. Αρχικά αυξάνεται με αργό ρυθμό, διαδικασία που διαρκεί 300 χρόνια, για να μειωθεί ακολούθως με μεγαλύτερη ταχύτητα σε χρονικό διάστημα μόλις 100 χρόνων.

Κατά τον Άγγλο αστροφυσικό, η μείωση της ηλιακής δραστηριότητας, σε ορισμένες περιπτώσεις, δείχνει να καταλήγει σε μια μακροχρόνια περίοδο κατά την οποία δεν υπάρχουν καθόλου ηλιακές κηλίδες. Σε αυτές τις περιόδους το κλίμα είναι ιδιαίτερα ψυχρό, κυρίως στην Ευρώπη. Γνωστά παραδείγματα από την Ιστορία είναι: 1415-1610 ελάχιστο Sporer, 1645-1715 ελάχιστο Maunder και 1795-1820 ελάχιστο Dalton. Και στις τρεις περιπτώσεις, στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική επικράτησε μακροχρόνια περίοδος ψύχους, που ονομάστηκε «μικρή περίοδος παγετώνα». Και αυτό καθόλου τυχαίο, αν αναλογιστεί κανείς ότι μπορούσαν να κάνουν πατινάζ στον Τάμεση. Όμως συνέβη και το αντίθετο: γύρω στο 1000-1270 το κλίμα ήταν πολύ θερμό. Γεγονός που, ως φαίνεται, συνδέεται με υψηλή ηλιακή δραστηριότητα. Τότε οι Βίκινγκ περιδιάβαιναν στη Γροιλανδία, ενώ οι Βρετανοί επιδίδονταν στην καλλιέργεια της αμπέλου και την παραγωγή κρασιού.

Οι μηχανισμοί είναι περίπλοκοι, οπότε δεν είναι εύκολη υπόθεση ο εντοπισμός των αιτίων των καιρικών μεταβολών. To ψυχρό κλίμα μπορεί να εκδηλώνεται μόνο τοπικά στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική. Πέραν δε της ηλιακής δραστηριότητας, ίσως να συντρέχουν και άλλοι λόγοι,. όπως η αύξηση της ηφαιστειακής δραστηριότητας. Σε αυτή την περίπτωση εκσφενδονίζονται τεράστιες ποσότητες σωματιδίων και στάχτης στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα την πτώση της θερμοκρασίας. Δεν αποκλείεται με τη συνδρομή αυτών των δύο παραγόντων -Ήλιου και ηφαιστείων- να προκλήθηκε μείωση της θερμοκρασίας την περίοδο του μικρού παγετώνα.

Νέο ελάχιστο στον ορίζοντα

Αυτό που ενδιαφέρει εμάς είναι να μάθουμε αν έχουμε να αντιμετωπίσουμε νέο ελάχιστο Maunder ή παρόμοιο φαινόμενο. Κάτι τέτοιο θα σηματοδοτούσε σημαντικές κλιματολογικές διαφοροποιήσεις. Τα νέα πάντως, προς το παρόν, είναι ενθαρρυντικά, καθώς υπάρχουν ενδείξεις ότι η ηλιακή δραστηριότητα αρχίζει να αυξάνεται. Παρά το γεγονός ότι οι κηλίδες είχαν για μεγάλο διάστημα περιοριστεί στο ελάχιστο, φαίνεται να πλησιάζουμε σε νέο μέγιστο, έστω και καθυστερημένα.

Σύμφωνα πάντως με τις τελευταίες έρευνες, το επόμενο ηλιακό μέγιστο αναμένεται το καλοκαίρι του 2013 και υπολογίζεται ότι θα είναι ασθενέστερο από το προηγούμενο. O Mark Giampapa, υποδιευθυντής του Ηλιακού Αστεροσκοπείου στην Αριζόνα, μελέτησε τη συμπεριφορά του Ήλιου στο πέρασμα των χρόνων. Αναλύοντας δεδομένα για τις ηλιακές κηλίδες από τη δεκαετία του 1980, παρατήρησε ότι η ισχύς του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό τους δείχνει να μειώνεται.

Το γεγονός αυτό ερμηνεύεται ως ένδειξη μιας νέας μακροχρόνιας περιόδου χωρίς κηλίδες, όπως συνέβη κατά το ελάχιστο Maunder. H υπόθεση του συμφωνεί με τις παρατηρήσεις του Mike Lockwood περί μειωμένης ηλιακής δραστηριότητας. Δεν είναι πάντως βέβαιο ότι το νέο ελάχιστο θα επηρεάσει το κλίμα κατά τον ίδιο τρόπο, δημιουργώντας δηλαδή μια νέα μικρή περίοδο παγετώνα. Κι αυτό καθώς σήμερα οι αυξημένες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να αποτρέψουν μια τέτοια εξέλιξη.

Περίεργο αστέρι

Ένας τρόπος να κατανοήσουμε τις διεργασίες στον Ήλιο είναι να ανατρέξουμε μέσω αναλύσεων στη δραστηριότητα του άστρου μας κατά το παρελθόν. Ένας άλλος τρόπος είναι να τον συγκρίνουμε με άλλα άστρα του ίδιου τύπου. 0 Ήλιος είναι ένα σχετικά συνηθισμένο άστρο, με επιφανειακή θερμοκρασία 6.0000K φασματικού τύπου G.
0 Mark Giampapa, σε συνεργασία με Ιταλούς αστρονόμους, μελέτησε 15 παρόμοια άστρα στο ανοιχτό αστρικό σμήνος Μ67, που βρίσκεται σε απόσταση 2.700 ετών φωτός από τη Γη, στον αστερισμό του Καρκίνου. Έχουν περίπου την ίδια ηλικία με τον Ήλιο μας, 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, και περίπου την ίδια χημική σύνθεση.

Οι επιστήμονες εκμεταλλεύονται τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των αστρικών κηλίδων και της υπόλοιπης επιφάνειας των άστρων. Παρατηρούν δε το άστρο με δύο φασματικές γραμμές, από τις οποίες η μία είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία και η άλλη όχι. Αν υπάρχουν πολλές κηλίδες με χαμηλή θερμοκρασία, η γραμμή που είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία εμφανίζεται πιο βαθιά και καθαρά, οπότε οι αστρονόμοι μπορούν να μετρήσουν το μέγεθος και τη θερμοκρασία τους. Οι μετρήσεις συνεχίζονται επί 6 χρόνια.

Το πρώτο συμπέρασμα είναι ότι κανένα από αυτά τα άστρα δεν φαίνεται να αυξομειώνει τις κηλίδες του σε διάστημα μικρότερο από αυτό. Οι μετρήσεις συνεχίζονται, οπότε σε μερικά χρόνια θα γνωρίζουμε ποια σχέση υπάρχει μεταξύ του ηλιακού κύκλου των 11 ετών και των κύκλων που πραγματοποιούν τα άλλα άστρα. Οι επιστήμονες ανέλυσαν επίσης και τη διαφορά στην ισχύ του φωτός από τα άστρα του Μ67. Όπως προκύπτει, ο Ήλιος μας είναι πιο σταθερός και ήρεμος από τα άλλα άστρα του είδους του.

Σε γενικές γραμμές, δεν είναι εύκολο να βρεθούν άστρα με την ίδια ακριβώς χημική σύνθεση του Ήλιου, γεγονός που έρχεται να αντικρούσει την άποψη ότι ο Ήλιος μας είναι κοινό άστρο. O Ήλιος μας έχει σχετικά μικρές ποσότητες χημικών στοιχείων με υψηλή τήξη. Av τον συγκρίνουμε με κοντινά άστρα που οι αστρονόμοι αποκαλούν «δίδυμους» του Ήλιου, η περιεκτικότητα του σε ελαφρά χημικά στοιχεία, όπως οξυγόνο και άνθρακα, είναι σχεδόν η ίδια, όταν όμως πρόκειται για στοιχεία όπως σίδηρος, αλουμίνιο, νικέλιο, εμφανίζεται κατά 10-20% χαμηλότερη. Πιθανολογείται ότι τα στοιχεία αυτά χρησιμοποιήθηκαν για να δημιουργηθούν οι βραχώδεις πλανήτες, όπως η Γη. Όποια ερμηνεία κι αν ισχύει, η χημική σύνθεση του Ήλιου είναι λίγο ασυνήθιστη, χωρίς να γνωρίζουμε τι συνεπάγεται αυτό για τη σταθερότητα και τη συμπεριφορά του.

Οι έρευνες για τον Ήλιο και άλλα συγκρίσιμα άστρα συνεχίζονται μέσω ηλιακών αστεροσκοπείων από τη Γη και ειδικά κατασκευασμένων δορυφόρων.

Δορυφόροι θα μελετήσουν αν ο ήλιος συρρικνώθηκε

Για να κάνουν σωστή διάγνωση οι αστροφυσικοί, χρειάζονται πληρέστερη πληροφόρηση σε σχέση με την κατάσταση του Ήλιου. Γι’ αυτό τον Αύγουστο του 2010 εκτοξεύτηκε ο μικρός ηλιακός δόρυφόρος Picard. Τα επόμενα χρόνια θα μας δώσει πιο ακριβείς μετρήσεις της συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας, ενώ θα υπολογίσει τη διάμετρο του ισημερινού του Ήλιου (που είναι περίπου 1.4 × 10⁹ m).

Με ειδικό τηλεσκόπιο, ο Picard θα μετρήσει τη διάμετρο του Ήλιου με μεγάλη ακρίβεια.

H διάμετρος θα μετρηθεί, καθώς υπάρχει αλληλεπίδραση ανάμεσα στην περιφέρεια του ισημερινού και τη θερμοκρασία. Σε υψηλή θερμοκρασία και ακτινοβολία ο Ήλιος διογκώνεται. Επομένως, αν η θερμοκρασία έχει μειωθεί, θα μας το αποκαλύψουν οι μετρήσεις.

0 δορυφόρος πήρε το όνομα του από τον αστρονόμο Jean Picard, που πέθανε το 1681.0 Γάλλος επιστήμονας είχε διενεργήσει ακριβέστατες μετρήσεις για τη διάμετρο του Ήλιου. Την είχε προσδιορίσει κάπως μεγαλύτερη από αυτή που γνωρίζουμε σήμερα, γεγονός που ορισμένοι ερμήνευσαν ως συρρίκνωση του άστρου. O Jean Picard ήταν θαυμάσιος αστρονόμος, αλλά τα μέσα που διέθετε δεν ήταν τόσο εξελιγμένα. Μετρήσεις άλλου ηλιακού δορυφόρου, SOHO, δείχνουν ότι το μέγεθος του άστρου μας δεν έχει αλλάξει. Οι.επιστήμονες προσδοκούν πως σύντομα ο δορυφόρος Picard θα μας δώσει ακριβέστερα στοιχεία.

Πηγή: Science Illustrated