Τι είναι οι ηλιακές εκλάμψεις;

Συχνές ερωτήσεις, Ιανουάριος 2003

Η έκλαμψη είναι μια βίαιη έκρηξη στην ατμόσφαιρα ενός άστρου, όπως είναι ο ήλιος μας, απελευθερώνοντας συνολικά μέχρι και 6×10²⁵ Joules. Οι ηλιακές εκλάμψεις λαμβάνουν χώρα στο ηλιακό στέμμα και στην χρωμόσφαιρα, θερμαίνοντας το πλάσμα σε δεκάδες εκατομμύρια Κέλβιν, και επιταχύνοντας τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια και τα βαρύτερα ιόντα κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Παράγουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, σε όλα τα μήκη κύματος από τα μακρά ραδιοφωνικά κύματα έως τα πολύ μικρά μήκη κύματος, τις ακτίνες γάμμα.

Η ενέργεια απελευθερώνεται μέσω της χρωμόσφαιρας και προς την κορώνα, από όπου ξεφεύγει σαν κυματισμός με τον ηλιακό άνεμο. Οι περισσότερες εκλάμψεις αναπτύσσονται μέσα σε μερικά λεπτά και υποχωρούν κατά τη διάρκεια μιας ώρας ή και δύο. Επειδή στις εμφανίσεις τους εμπλέκονται μαγνητικά πεδία, ίσως οι εκλάμψεις να συνδέονται και με τις ομάδες ηλιακών κηλίδων, όπου εμφανίζονται τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία.

Μια ισχυρή έκλαμψη ακτίνων-χ (το μεγάλο λευκό τμήμα κάτω από το κέντρο) που ξέσπασε στον Ήλιο στις 28 Οκτωβρίου 2003

Οι περισσότερες εκλάμψεις εμφανίζονται σε περιοχές που δραστηριοποιούνται γύρω από ηλιακές κηλίδες, όπου αναδύονται από την επιφάνεια του ήλιου έντονα μαγνητικά πεδία στο στέμμα. Οι εκλάμψεις εμφανίζονται ξαφνικά (σε χρόνους από λίγα λεπτά έως δεκάδες λεπτά) απελευθερώνοντας τη μαγνητική ενέργεια που αποθηκεύεται στο στέμμα.

Οι ακτίνες Χ και η υπεριώδη ακτινοβολία που εκλύεται από μία ηλιακή έκλαμψη μπορεί να επηρεάσει την ιονόσφαιρα της Γης και την αποδιοργάνωση μεγάλου βεληνεκούς ραδιοφωνικών εκπομπών. Επίσης, να διαταράξουν την λειτουργία των ραντάρ και άλλων συσκευών που λειτουργούν στις ραδιοσυχνότητες μήκους κύματος λίγων εκατοστών.

Για πρώτη φορά παρατηρήθηκαν ανεξάρτητα από τους Richard Christopher Carrington και Richard Hodgson το 1859 ως τοπικές φωτεινές περιοχές σε μια ομάδα ηλιακών κηλίδων. Επίσης, έχουν παρατηρηθεί και σε άλλα αστέρια.

Η συχνότητα εμφάνισης των ηλιακών εκλάμψεων ποικίλλει, από αρκετές ανά ημέρα, όταν ο ήλιος είναι ιδιαίτερα «ενεργός» έως λιγότερο από μία κάθε εβδομάδα, όταν ο ήλιος είναι «ήσυχος». Οι μεγάλες εκλάμψεις είναι λιγότερο συχνές από ό,τι οι μικρότερες. Η Ηλιακή δραστηριότητα μεταβάλλεται με ένα κύκλο 11 ετών (ο γνωστός ηλιακός κύκλος). Κατά την αιχμή του κύκλου υπάρχουν συνήθως περισσότερες κηλίδες, και άρα περισσότερές ηλιακές εξάρσεις.

Κατά την έκλαμψη (flare) συμβαίνει μια ξαφνική, γρήγορη, και έντονη παραλλαγή στη φωτεινότητα του ηλίου. Μια ηλιακή έκλαμψη εμφανίζεται όταν απελευθερώνεται ξαφνικά η μαγνητική ενέργεια που έχει ενισχυθεί στην ηλιακή ατμόσφαιρα.

Η ακτινοβολία εκπέμπεται σε ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από τα ραδιοκύματα με μακρά μήκη κύματος, στην ορατή ακτινοβολία, στις ακτίνες-X και τέλος στις ακτίνες γάμμα, στο άκρο του φάσματος, με πολύ μικρά μήκη κύματος.

Το ποσό της ενέργειας που απελευθερώνεται είναι ισοδύναμο με την ταυτόχρονη έκρηξη εκατομμυρίων βομβών υδρογόνου των 100- μεγάτονων!

Η πρώτη ηλιακή έκλαμψη που καταγράφηκε στην αστρονομική ιστορία ήταν την 1η Σεπτεμβρίου, 1859. Δύο επιστήμονες, οι Richard Γ. Carrington και Richard Hodgson, παρατηρούσαν ταυτόχρονα, ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο, ηλιακές κηλίδες όταν είδαν μια μεγάλη έκλαμψη στο λευκό φως.

Καθώς απελευθερώνεται μαγνητική ενέργεια, σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων ηλεκτρονίων, πρωτονίων, και βαρείς  πυρήνες, θερμαίνονται και επιταχύνονται στην ηλιακή ατμόσφαιρα. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια μιας έκλαμψης είναι της τάξης των  10²⁷ ergs (έργια) ανά δευτερόλεπτο.

Οι μεγάλες εκλάμψεις μπορούν να εκπέμψουν ακόμη και 10³² έργια. Αυτή η ενέργεια είναι δέκα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια που απελευθερώνεται από μια ηφαιστειακή έκρηξη.

Αφ' ετέρου, είναι κάτι λιγότερο από το ένα δέκατο της συνολικής ενέργειας που εκπέμπεται από τον ήλιο κάθε δευτερόλεπτο.

Υπάρχουν τρία χαρακτηριστικά στάδια σε μια ηλιακή έκλαμψη. Πρώτα είναι το πρόδρομο στάδιο, όπου προκαλείται η απελευθέρωση της μαγνητικής ενέργειας.  Σε αυτό το στάδιο ανιχνεύεται η εκπομπή μαλακών ακτίνων-X. Στο δεύτερο ή ωστικό στάδιο, τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται σε ενέργειες που υπερβαίνουν το 1 MeV. Κατά τη διάρκεια του ωστικού σταδίου,  εκπέμπονται ραδιοκύματα, σκληρές ακτίνες X, και ακτίνες γάμμα. Η βαθμιαία συγκέντρωση και η αποσύνθεση των μαλακών ακτίνων X μπορούν να ανιχνευθούν στο τρίτο στάδιο, της αποσύνθεσης. Η διάρκεια αυτών των σταδίων μπορεί να είναι αρκετά σύντομη, μερικά δευτερόλεπτα, ή ακόμη και μία ή δύο ώρες.

Οι ηλιακές εκλάμψεις επεκτείνονται προς ένα στρώμα του ήλιου, που λέγεται στέμμα. Το στέμμα ή κορώνα είναι η πιο ακραία ατμόσφαιρα του ήλιου, που αποτελείται από ένα ιδιαίτερα αραιό αέριο. Αυτό το αέριο έχει κανονικά θερμοκρασία μερικών εκατομμυρίων βαθμών Kelvin. Μέσα σε μια ηλιακή έκλαμψη, η θερμοκρασία φθάνει 10 ή 20 εκατομμύρια Kelvin, και μπορεί να φθάσει ακόμη και 100 εκατομμύρια Kelvin.

Το στέμμα είναι ορατό στις μαλακές ακτίνες X, όπως στην ανωτέρω εικόνα. Παρατηρήστε ότι το στέμμα δεν είναι ομοιόμορφα φωτεινό, αλλά συγκεντρώνεται γύρω από τον ηλιακό ισημερινό με χαρακτηριστικό γνώρισμα το σχηματισμό βρόχων. Αυτοί οι φωτεινοί βρόχοι βρίσκονται στο εσωτερικό και συνδέουν περιοχές με ισχυρό μαγνητικό πεδίο, τις ενεργές περιοχές. Οι ηλιακές κηλίδες βρίσκονται μέσα σε αυτές τις ενεργές περιοχές. Οι ηλιακές εκλάμψεις εμφανίζονται στις ενεργές περιοχές.

Η περίοδος των ηλιακών εκλάμψεων συμπίπτει με τον ενδεακαετή κύκλο του ήλιου. Όταν ο ηλιακός κύκλος είναι στο ελάχιστο του, οι ενεργές περιοχές είναι μικρές και σπάνιες και έτσι ανιχνεύονται λίγες ηλιακές εκλάμψεις. Αυτές αυξάνονται σε αριθμό καθώς ο ήλιος πλησιάζει στο μέγιστο του κύκλου του. Ο ήλιος μας θα φθάσει στο επόμενο μέγιστό του το έτος 2011 ή 2012.

Προσοχή! Κανένας δεν μπορεί να δει μια ηλιακή έκλαμψη απλώς αν κοιτάξει επίμονα στον ήλιο (Μη δοκιμάσετε ποτέ να παρατηρήσετε άμεσα τον ήλιο! Μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη των οφθαλμών). Οι εκλάμψεις είναι, στην πραγματικότητα, δύσκολο να ειδωθούν εξ' αιτίας της λαμπρής φωτεινότητας της φωτόσφαιρας.  Γι' αυτό χρησιμοποιούνται εξειδικευμένα επιστημονικά όργανα για να ανιχνεύσουν τις "υπογραφές" της ακτινοβολίας, που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια μιας έκλαμψης.

Οι ράδιο και οπτικές εκπομπές από τις εκλάμψεις μπορούν να παρατηρηθούν με τα τηλεσκόπια στη Γη. Οι ιδιαίτερα ενεργητικές εκπομπές όπως είναι οι ακτίνες X και οι ακτίνες γάμμα απαιτούν τηλεσκόπια τα οποία να βρίσκονται στο διάστημα, καθώς αυτές οι εκπομπές δεν διαπερνούν τη Γήινη ατμόσφαιρα.