Νέο Ηλιακό Τηλεσκόπιο θα εστιάζει στις ηλιακές κηλίδες

Πηγή: National Geographic News, Δεκέμβριος 2004
 

Αν νομίζετε ότι η πρόβλεψη του καιρού στη Γη είναι δύσκολη, προσπαθήστε να προβλέψετε τον καιρό στον Ήλιο.Και επειδή οι επιστήμονες δεν κατανοούν με λεπτομέρειες τι είναι αυτό που προκαλεί τις μαγνητικές καταιγίδες στον ήλιο, κάθε πρόβλεψη είναι πολύ δύσκολη.

Και τη στιγμή που η ανθρωπότητα κατανόησε με τον χειρότερο τρόπο ότι είναι ακόμη ανίσχυρη στα φυσικά φαινόμενα οι επιστήμονες κρούουν τον κώδωνα του κινδύνου για ένα ακόμη κίνδυνο που αυτή τη φορά προέρχεται από το Διάστημα. Όπως και η Γη έτσι και ο Ήλιος υποφέρει από έντονες καταιγίδες οι οποίες όπως έγινε γνωστό τα τελευταία χρόνια επηρεάζουν, και μάλιστα σημαντικά, την ανθρώπινη δραστηριότητα προκαλώντας προβλήματα στις δορυφορικές επικοινωνίες αλλά και διακοπές στην παροχή ηλεκτρικού ρεύματος.

Σε μια προσπάθεια να πετύχουμε την πρόβλεψη του καιρού εκτός από τον πλανήτη μας και στον Ήλιο, μια ομάδα επιστημόνων ξεκίνησε την προσπάθεια σχεδιασμού της κατασκευής ενός προηγμένης τεχνολογίας τηλεσκοπίου που θα μελετά και θα αναλύει αποκλειστικά τον καιρό στον Ήλιο. Το Advanced Technology Solar Telescope (ATST) φτιάχνεται με μια συνεργασία 22 επιστημονικών ινστιτούτων, με ειδίκευση την Ηλιακή Φυσική.

Το ηλιακό τηλεσκόπιο θα ονομαστεί Advanced Technology Solar Telescope και οι επιστήμονες που ασχολούνται με αυτό βρίσκονται στο στάδιο της μελέτης για το σημείο που θα πρέπει να τοποθετηθεί αλλά και για το πώς θα εξασφαλισθεί η χρηματοδότηση για την κατασκευή του. "To ATST θα προσφέρει μια άνευ προηγουμένου θέα και εικόνα του Ηλίου", υποστηρίζει η Aimee Norton φυσικός με ειδίκευση στον Ήλιο του Εθνικού Κέντρου Ατμοσφαιρικών Ερευνών των ΗΠΑ.

To ATST θα είναι το μεγαλύτερο οπτικό ηλιακό τηλεσκόπιο στον κόσμο εφοδιασμένο με τεχνολογία που θα επιτρέπει στους επιστήμονες να ζουμάρουν στο εσωτερικό του Ήλιου και να παρατηρούν λεπτομέρειες στην ατμόσφαιρα του, κάτι που δεν μπορεί να γίνει με τα σημερινά τεχνικά μέσα που διαθέτουμε. "Το AT&T θα είναι το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο για την παρατήρηση του Ήλιου από την εποχή του Γαλιλαίου", υποστηρίζει ο Jeff Kuhn, ειδικός επιστήμονας που ασχολείται με τον Ήλιο στο Ινστιτούτο Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Χαβάης.

Από τις 70 περιοχές που μελετώνται για να αποφασιστεί σε ποια από αυτές θα τοποθετηθεί το τηλεσκόπιο, το προβάδισμα έχει η περιοχή Haleakala στη Χαβάη αφού οι ατμοσφαιρικές συνθήκες και η έλλειψη διαφόρων παραγόντων που προκαλούν «παρεμβολές» (π.χ. τα ίχνη ατμού που αφήνουν πίσω τους τα αεροσκάφη) στη θέαση του Ηλίου είναι ευνοϊκά δεδομένα νια την εγκατάσταση του εκεί.

"Πρέπει πρώτα να μελετήσουμε κάθε πτυχή και παράμετρο προτού καταλήξουμε στην οριστική απόφαση» αναφέρει ο Dave Dooling, εκπρόσωπος του Εθνικού Ηλιακού Παρατηρητηρίου - υπηρεσίας που οργανώνει την προσπάθεια κατασκευής του ATST. Αν τελικά όλα πάνε σύμφωνα με τον προγραμματισμό, το τηλεσκόπιο θα αρχίσει να λειτουργεί το 2010.

Βασική αποστολή του ATST θα είναι η παρατήρηση των ηλιακών κηλίδων έτσι ώστε να μπορέσουμε να διαπιστώσουμε τον μηχανισμό δημιουργία τους και το πώς το μαγνητικό τους πεδίο μεγαλώνει και διασκορπίζεται.

Ηλιακές κηλίδες

Η Norton, μια ηλιακή φυσικός είναι ειδική στη μελέτη των κηλίδων. Και τόνισε ότι το ATST θα μας αποκαλύψει πώς δημιουργούνται οι κηλίδες του ήλιου και πώς η ισχύς του μαγνητικού τους πεδίου ενισχύεται και διασκορπίζεται.

Οι ηλιακές κηλίδες είναι σκοτεινές περιοχές που εμφανίζονται στην επιφάνεια του ήλιου. Εμφανίζονται εκεί όπου περιοχές με  έντονο μαγνητικό πεδίου αναδύονται από το εσωτερικό του ήλιου και επεκτείνονται εξωτερικά στην ηλιακή επιφάνεια. Ενώ οι ηλιακές κηλίδες διαδραματίζουν έναν καθοριστικό ρόλο στον καιρό του ήλιου, οι επιστήμονες ακόμα δεν καταλαβαίνουν πλήρως  το πως συμβαίνει αυτό και ελπίζουν να το κάνουν με τη βοήθεια του ATST.

"Οι ηλιακές κηλίδες συσχετίζονται με τις γεωμαγνητικές θύελλες, επειδή όταν έχει ο ήλιος περισσότερες ηλιακές κηλίδες, τότε εμφανίζονται περισσότερες ηλιακές καταιγίδες", εξηγεί η Norton. "Αλλά δεν είναι και τόσο απλό όσο φαίνεται ότι εάν υπάρχει μια μεγάλη ηλιακή κηλίδα τότε θα εμφανιστεί και μια θύελλα".

Οι ηλιακές κηλίδες εμφανίζονται ως σκοτεινά μπαλώματα, επειδή είναι πιο ψυχρές από τις γύρω περιοχές στην επιφάνεια του ήλιου. Οι διαφορές θερμοκρασίας προκαλούνται από τα έντονα μαγνητικά πεδία, που καταστέλλουν τις κινήσεις που μεταφέρουν θερμότητα προς την ατμόσφαιρα του ήλιου. 

"Οι ηλιακές κηλίδες θεωρούνται μικρά τμήματα του πολύ μεγαλύτερου μαγνητικού πεδίου που βρίσκεται στο εσωτερικό του ήλιου", εξηγεί η Norton.

Οι επιστήμονες θεωρούν ότι οι ηλιακές κηλίδες προκύπτουν σαν ελεύθεροι βρόχοι νημάτων (προεξοχές), γνωστοί ως θηλιές ροής, από το μεγαλύτερο μαγνητικό πεδίο μέσα στον ήλιο. Η διατομή του νήματος με την ηλιακή επιφάνεια (σαν ένα ουράνιο τόξο σχετικά με τον ορίζοντα) δημιουργεί ένα ζευγάρι ηλιακών κηλίδων. 

Οι ηλιακές κηλίδες εμφανίζονται με περιοδικούς κύκλους αυξανόμενης και μειωμένος δραστηριότητας, που διαρκούν περίπου 11 χρόνια. Ο τελευταίος κύκλος ηλιακών κηλίδων κορυφώθηκε το 2000. Ο επόμενος κύκλος αναμένεται να αρχίσει το 2005 ή το 2006

Ηλιακή καταιγίδα

Η σημερινή έρευνα προτείνει ότι οι ηλιακές κηλίδες με τη σύνθετη μαγνητική γεωμετρία, όπως είναι οι συστροφές και οι ψαλίδες, καταλήγουν σε ηλιακές θύελλες, οι οποίες είναι γνωστές ως Στεφανιαίες Εκτινάξεις Μάζας ή CME και ηλιακές εκλάμψεις. 

Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας,  εκτινάσσονται στο διάστημα μαγνητικά νέφη φορτισμένων σωματιδίων. Μερικές φορές η Γη παρεμποδίζει αυτά τα νέφη, τα οποία έχουν επιπτώσεις στο γήινο μαγνητικό πεδίο και το περιβάλλον. 

"Τα φορτισμένα σωματίδια διαποτίζουν και παραμορφώνουν το σχηματισμό του γήινου μαγνητικού πεδίου", τονίζει η Norton. "Αυτό επηρεάζει το ρεύμα στα ηλεκτροφόρα καλώδια, προκαλώντας μεγάλης κλίμακας διακοπές στα ηλεκτρικά δίκτυα. Όταν οι δορυφόροι κτυπιούνται άμεσα από τα φορτισμένα σωματίδια, μπορούν να πάθουν βλάβες και να χάσουν την ικανότητα επικοινωνίας".

Εάν κατασκευαστεί το ATST μπορεί να μας δώσει κι άλλες λεπτομέρειες για τις συνθήκες που προκαλούν τις ηλιακές θύελλες, επιτρέποντας στους ερευνητές να κάνουν καλύτερες προγνώσεις του διαστημικού καιρού.

Η έντονη δραστηριότητα του Ηλίου τα τελευταία χρόνια με τις επαναλαμβανόμενες και μεγάλης έντασης ηλιακές εκρήξεις που προκαλούν μαγνητικές καταιγίδες οδήγησαν τους επιστήμονες σε περαιτέρω έρευνα του φαινομένου. Στο Culham Science Center στην Οξφόρδη, επιστήμονες που συμμετέχουν στο πρόγραμμα Mast (Mega Amp Spherical Tokomak) πέτυχαν πριν από λίγο καιρό να αναπαραγάγουν μια ηλιακή έκρηξη στο εργαστήριο τους.

Το Tokomak, εφεύρεση ρώσων ερευνητών, είναι μια μαγνητική φιάλη σχεδιασμένη για να «φυλακίζει» μέσα της πλάσμα. Μέσα στη φιάλη δύο μαγνητικά πεδία ενώνουν τις δυνάμεις τους για να συγκρατήσουν το πλάσμα. Το μεγαλύτερο Tokomak ονομάζεται JET (Joint European Torus) και βρίσκεται στο Culham.

Χρησιμοποιώντας το JET οι επιστήμονες θέρμαναν το πλάσμα σε 300 εκατομμύρια βαθμούς, θερμοκρασία μεγαλύτερη από εκείνη που απαιτείται νια την επίτευξη σύντηξης. Για να μπορέσουν τα μαγνητικά πεδία να συγκρατήσουν το πλάσμα θα πρέπει να διατηρείται σε όσο το δυνατόν μικρότερο μέγεθος.

Οι επιστήμονες πραγματοποίησαν το πείραμα έχοντας την προσοχή τους επικεντρωμένη στο φαινόμενο ELM (Edge localized Modes), ένα συγκεκριμένο είδος αστάθειας που εμφανίζεται μέσα στο πλάσμα. Οι ηλιακές εκρήξεις καταχωρίζονται ως μέρος του φαινόμενου ELM. Οι εκρήξεις αυτές εκτοξεύουν σε πολύ μεγάλες αποστάσεις σωματίδια και ενέργεια. Η κατανόηση του εν λόγω φαινομένου θα βοηθήσει πολύ στον σχεδιασμό πυρηνικών αντιδραστήρων.

Πανίσχυρα κύματα αερίων που εκτοξεύθηκαν από τον Ήλιο το 2003 πλησιάζουν τώρα στις παρυφές του ηλιακού συστήματος. Το υλικό από τις εκλάμψεις-ρεκόρ του φθινοπώρου διήνυσε σχεδόν 14,5 δισ. χλμ. και πλησιάζει το Voyager 1, το πιο απομακρυσμένο ανθρώπινο κατασκεύασμα.

Στη διάρκεια των ισχυρότερων ηλιακών καταιγίδων που έχουν καταγραφεί ποτέ (τον Οκτώβριο και τον Νοέμβριο του 2003) δισεκατομμύρια τόνοι ιονισμένου αερίου εκτινάχθηκαν από το ηλιακό στέμμα. Τα κύματα προσπέρασαν τη Γη με ταχύτητα οκτώ εκατομμύρια km/h.

Η ακτινοβολία που εκπέμφθηκε μετά τις εκρήξεις κατέστρεψε μια συσκευή μέτρησης της ακτινοβολίας στο σκάφος Mars Odyssey το οποίο βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τον Άρη.

Τα κύματα αερίων έφθασαν και το Voyager 2, το οποίο εκτοξεύτηκε το 1977 και βρίσκεται τώρα σε απόσταση περίπου 12 δισ. χλμ. Οι προπέρσινες ηλιακές καταιγίδες προκάλεσαν μπλακάουτ σε μια σουηδική πόλη και ζημιές σε δορυφόρους. Γενικά, πάντως, η Γη προστατεύεται από τα φορτισμένα σωματίδια χάρη στο μαγνητικό της πεδίο, σε αντίθεση με τον Άρη, ο οποίος δεν περιβάλλεται από μαγνητόσφαιρα και είναι πιθανόν να αποξηράνθηκε από αλλεπάλληλους βομβαρδισμούς με ηλιακά σωματίδια.