Βρέθηκε γιατί οι μαγνητικοί πόλοι του ήλιου αναστρέφονται

Από την ιστοσελίδα του space.com, 20 Νοεμβρίου 2003

Κάθε 11 χρόνια το μαγνητικό πεδίο του ήλιου αναστρέφεται, αλλά οι επιστήμονες δεν ξέρουν τι την προκαλεί. Μια νέα μελέτη όμως δείχνει ότι οι μεγάλες εκρήξεις του υπέρθερμου αερίου, που λέγονται στεφανιαίες εκτινάξεις υλικού, μπορούν να διαδραματίζουν έναν σημαντικό ρόλο.

Εικόνα του ήλιου, που παρουσιάζει ηλιακές εκλάμψεις - οι φωτεινές περιοχές.

Οι εκλάμψεις είναι γεγονότα ακτινοβολίας, το φως τους και οι ακτίνες τους X φθάνουν στη Γη περίπου 8 λεπτά αργότερα. Αρκετές από τις πρόσφατες εκλάμψεις έχουν συνδεθεί με τις εκτινάξεις στεμματικού υλικού. Τα τεράστια νέφη των φορτισμένων σωματιδίων χρειάζονται οπωσδήποτε από 18 ώρες έως περίπου 3 ημέρες για να φθάσουν στη Γη. Οι πιο ισχυρότερες εκλάμψεις μπορούν να δημιουργήσουν προβλήματα στους δορυφόρους και τα ηλεκτρικά δίκτυα.

Βρέθηκε λοιπόν ότι μπορεί οι ηλιακές κηλίδες και οι εκλάμψεις στην επιφάνεια του ήλιου να ακολουθούν τον 11-ετή κύκλο, αλλά τα εκτινασσόμενα νέφη του φορτισμένου αερίου όχι. Πρόκειται για τις περίφημες εκτινάξεις του στεμματικού υλικού (CME).

Φαίνεται ότι αυτές οι εκτινάξεις ακολουθούν την αιχμή των ηλιακών κηλίδων - που τελευταία συνέβη το 2001, δύο χρόνια μετά από τις ηλιακές κηλίδες.

Το αέριο που εκτινάσσεται παίρνει μαζί το παλαιό 'μαγνητικό δέρμα' του ήλιου, επιτρέποντας έτσι να δημιουργηθεί ένα νέο για να ξεκινήσει ένας νέος κύκλος.

Ο 11-ετής κύκλος της δραστηριότητας του ήλιου

Ο 11-ετής κύκλος της δραστηριότητας του ήλιου  - που αναγνωρίζεται από την εμφάνιση και την εξαφάνιση των ηλιακών κηλίδων - ήταν γνωστός από το 1843, όταν ο Heinrich Schwabe, ένας Γερμανός αστρονόμος, παρατήρησε τις μεταβολές τους.

Πολλά χρόνια αργότερα η δραστηριότητα αυτή αναγνωρίστηκε ότι είχε μαγνητική προέλευση από τον George Ellery Hale, έναν Αμερικανό αστρονόμο, ο οποίος, το 1908, είδε ότι οι ηλιακές κηλίδες ήταν έντονα μαγνητικές.

Από τότε πολλές θεωρίες έχουν προσπαθήσει να εξηγήσουν αυτόν τον ηλιακό ρυθμό.

Η αποδεκτή θεωρία σήμερα είναι ότι ο κύκλος των ηλιακών κηλίδων οφείλεται στην περιστροφή και τη μεταφορά της θερμότητας μέσα στον ήλιο.

Το γεγονός ότι τα εξωτερικά στρώματα του ήλιου βρίσκονται σε υψηλότερη θερμοκρασία, και ότι ο ήλιος περιστρέφεται γρηγορότερα στον ισημερινό από ό,τι στους πόλους, και γρηγορότερα στο εσωτερικό απ' ό,τι στην επιφάνεια του, έχει σαν αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα ηλιακό δυναμό που, για 11 χρόνια, ενεργοποιείται όλο ένα και περισσότερο.

Έτσι σε κάποια χρονική στιγμή, κατά τη διάρκεια του μαγνητικού κύκλου, ο ήλιος πρέπει να ρίξει το παλιό του 'μαγνητικό δέρμα', και αφήνει να δημιουργηθεί ένα νεώτερο και λιγότερο ανήσυχο.

Δεξιά: Μια σημαντική ηλιακή έκρηξη, στις 3 Νοεμβρίου, τίναξε προς το διάστημα ένα νέφος καυτού αερίου. Πρόκειται για τις εκτινάξεις στεμματικού υλικού (CME). Τα μυριάδες λευκά σημεία στην εικόνα δεξιά, είναι πρωτόνια που χτυπούν πάνω στο φακό του διαστημικού σκάφους SOHO.

Οι εκτινάξεις στεμματικού υλικού (CME) είναι κάτι το συνηθισμένο στον ήλιο κατά τη διάρκεια του μέγιστου της 11-ετής περιόδου της ηλιακής δραστηριότητας. Τα ξεσπάσματα αυτά εξασθενίζουν για μερικά χρόνια και φθάνουν σε ένα χαμηλό σημείο στο ηλιακό ελάχιστο.

Η δραστηριότητα του ήλιου σε αυτή τη φάση βρίσκεται στο ελάχιστο του, περίπου δύο χρόνια μετά από το μέγιστο που είχαμε το 2001.

Σε μια μαγνητική αντιστροφή, ο Βορράς γίνεται Νότος και ο Νότος γίνεται Βορράς. Εμφανίζονται ανάμεσα σε κάθε ηλιακό μέγιστο. Αυτή η νέα μελέτη που επεξεργάστηκε στοιχεία περισσότερων από επτά χρόνων εμφανίζει τις εκτινάξεις του στεμματικού υλικού, δισεκατομμύρια τόνοι ηλεκτρισμένου αερίου στο διάστημα, αναγκάζοντας έτσι τον ήλιο να απορρίψει το παλιό μαγνητικό πεδίο του και να δημιουργήσει τις κατάλληλες συνθήκες για το νέο πεδίο.

"Ο ήλιος είναι σαν ένα φίδι που ρίχνει το δέρμα του," δήλωσε ο Nat Gopalswamy του διαστημικού κέντρου πτήσεων Goddard της NASA. "Σε αυτήν την περίπτωση, είναι ένα μαγνητικό δέρμα. Η διαδικασία είναι μακροχρόνια. Απαιτούνται περισσότερες από χίλιες εκτινάξεις στεμματικού υλικού (CME), που κάθε μία μεταφέρει δισεκατομμύρια τόνους αερίου από τις πολικές περιοχές, για να απομακρύνουν το παλιό μαγνητισμό μακριά.

Ο Gopalswamy είναι επικεφαλής συντάκτης της νέας έκθεσης, η οποία εμφανίζεται στο Astrophysical Journal. Η μελέτη βασίστηκε στις παρατηρήσεις από το διαστημικό σκάφος Ηλιακό και Ηλιοσφαιρικό Παρατηρητήριο (SOHO ), ένα κοινό πρόγραμμα μεταξύ της NASA και της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας.

Η μελέτη χρησιμοποίησε στοιχεία επτά χρόνων του SOHO, συν τα αρχεία CME από το 1979-85 που καταγράφηκαν από έναν δορυφόρο της Αμερικανικής Αεροπορίας.

Οι CME μοιάζουν με τις σκούπες, που ξεκαθαρίζουν τα ακατάστατα μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από τις ηλιακές κηλίδες, εξηγούν ο Gopalswamy και οι συνάδελφοί του. Η έρευνα βεβαίωσε μια άμεση σύνδεση μεταξύ του αριθμού των ηλιακών κηλίδων και του αριθμού των CME, οι οποίες εκτινάξεις προέρχονται συχνά από τις κηλίδες. Είναι σημαντικό, εν τούτοις, ότι ένας μεγάλος αριθμός CME δημιουργείται κοντά στους ηλιακούς πόλους, όπου δεν υπάρχει καμία ηλιακή κηλίδα.

Ξεκαθαρίζοντας τις πολικές περιοχές, από τα υπόλοιπα της μαγνητικής δραστηριότητας, οι εκτινάξεις του στεμματικού υλικού στα υψηλά γεωγραφικά πλάτη, "καλλωπίζουν τα πολικά μαγνητικά πεδία με μια νέα διαμόρφωση," ολοκληρώνει η μελέτη.

Η έρευνα έρχεται να εξηγήσει τα φαινόμενα στον ήλιο κατά τη διάρκεια μιας ασυνήθιστης ηλιακής δραστηριότητας το τελευταίο καιρό.

Εν τούτοις, μετά από το μέγιστο του πριν λίγα χρόνια, ο ήλιος έβγαλε πάνω από 10 σημαντικές ηλιακές εκλάμψεις, από τρεις τεράστιες ηλιακές κηλίδες, στα τέλη του Οκτωβρίου και τις αρχές Νοεμβρίου του 2003.

Ένας άλλος κύκλος του διαστημικού καιρού εμφανίζεται στο άμεσο μέλλον, και άλλες τρεις ηλιακές κηλίδες κινούνται προς την ηλιακή επιφάνεια πρόσφατα.

Είναι γνωστό ότι οι μαγνητικοί πόλοι ανταλλάσσουν τις θέσεις τους, στην αιχμή του κύκλου των ηλιακών κηλίδων.

Αριστερά: Τα σπειροειδή μαγνητικά πεδία του ήλιου από ένα σημείο περίπου 100 αστρονομικές μονάδες (Au) από τον ήλιο.

Οι μαγνητικοί πόλοι του ήλιου, που άλλαξαν το 2001, θα παραμείνουν έτσι μέχρι το έτος 2012, όταν θα αντιστραφούν και πάλι. Αυτή η μετάβαση συμβαίνει, όσο ξέρουμε, στην αιχμή κάθε 11-ετούς ηλιακού κύκλου.

Το γήινο μαγνητικό πεδίο αντιστρέφεται επίσης αλλά με λιγότερη συχνότητα. Οι διαδοχικές αντιστροφές του γήινου μαγνητικού πεδίου συμβαίνουν κατά διαστήματα από 5 χιλιάδες έτη έως και 50 εκατομμύρια έτη. Η τελευταία αντιστροφή συνέβη 740.000 χρόνια πριν. Μερικοί ερευνητές σκέφτονται πως ο πλανήτης μας είναι 'πλήρης ημερών' για μια ακόμη αντιστροφή, αλλά κανένας δεν ξέρει ακριβώς πότε θα εμφανιστεί η επόμενη αντιστροφή.

Αν και τα ηλιακά και επίγεια μαγνητικά πεδία συμπεριφέρονται διαφορετικά, έχουν κάτι κοινό: η μορφή τους. Κατά τη διάρκεια του ηλιακού ελάχιστου το πεδίο του ήλιου, όπως της γης, μοιάζει με το φάσμα ενός μαγνήτη, με μεγάλους κλειστούς βρόχους κοντά τον ισημερινό και τις ανοικτές δυναμικές γραμμές του πεδίου κοντά τους πόλους. Οι επιστήμονες καλούν αυτή τη μορφή του πεδίου "δίπολο". Το διπολικό πεδίο του ήλιου είναι περίπου τόσο ισχυρό όσο κι ο μαγνήτης ενός ψυγείου, ή περίπου 50 Gauss (μια μονάδα της μαγνητικής έντασης). Το γήινο μαγνητικό πεδίο είναι 100 φορές πιο ασθενές.

Όταν φθάνει το ηλιακό μέγιστο και οι ηλιακές κηλίδες είναι τόσο έντονες, που μαυρίζουν την όψη του ήλιου, το μαγνητικό πεδίο του αστεριού μας αρχίζει να αλλάζει.

Οι ηλιακές κηλίδες είναι τοποθεσίες όπου έντονοι μαγνητικοί βρόχοι -- εκατοντάδες φορές ισχυρότεροι από το μαγνητικό πεδίο που το περιβάλλει -- κινούνται προς τα πάνω μέσω της φωτόσφαιρας.

Ερευνητές από τη NASA, όπως είναι ο Hathaway πιστεύουν ότι οι ροές στην επιφάνεια του ήλιου μεταφέρουν τα μαγνητικά πεδία από τις κηλίδες στα μέσα πλάτη προς τους πόλους του ήλιου. Οι πόλοι αλλάζουν φορά, επειδή αυτές οι ροές αλλάζουν τις φορές της μαγνητικής ροής.