Ηλιακοί στρόβιλοι ξετυλίγουν τα μυστήρια της ακτινοβολίας

Πηγή: Discovery News, 28 Μαΐου 2008

Ένας καυτός στρόβιλος από πλάσμα που επισημάνθηκε να στροβιλίζει στην επιφάνεια του ήλιου, θα μπορούσε να μας δώσει ιδέες για το πώς φτάνει η ηλιακή ακτινοβολία προς τη γη. Ηλιακοί επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι εκρήξεις αυτές που εκτοξεύουν στο διάστημα πλάσμα και δισεκατομμύρια τόνους ιονισμένου αερίου είναι προϊόν διαφόρων ανωμαλιών στα μαγνητικά πεδία του Ηλίου.

Οι ηλιακοί στρόβιλοι έχουν μέγεθος μεγαλύτερο συνήθως από τη Γη (στην εικόνα αριστερά φαίνεται ο ήλιος με τις κηλίδες και δεξιά οι στρόβιλοι από πλάσμα που ανυυψώνονται από την επιφάνεια του ήλιου)

Μέχρι τώρα υπήρχαν προς διερεύνηση δύο πολύ σοβαρά ζητήματα: Πώς οι εκρήξεις που γίνονται στην επιφάνεια του ήλιου μεταφέρονται στο στέμμα του και από εκεί στο διαπλανητικό χώρο και πώς μεταφέρεται μια ηλιακή καταιγίδα προς την Γη, όπου πλήττει καίρια σε μερικές περιπτώσεις δορυφόρους, θέτει σε κίνδυνο τη ζωή των αστροναυτών και προκαλεί βλάβες στα συστήματα ηλεκτροδότησης στο βόρειο ημισφαίριο. Επίσης, ένα τρίτο πρόβλημα είναι το πώς θερμαίνεται το στέμμα του Ηλίου. Πώς δηλαδή από την επιφάνειά του, όπου επικρατούν θερμοκρασίες της τάξης των 6.000 βαθμών, φτάνει σε θερμοκρασίες του ενός εκατομμυρίου βαθμών Κελσίου στο στέμμα, παρ’ όλο που αυτό είναι μακριά από την επιφάνεια.

Οι ηλιακοί φυσικοί για χρόνια θεωρούσαν ότι τα βίαια ξεσπάσματα από τον ήλιο έχουν τις ρίζες τους μέσα στους βρόχους του μαγνητικού πεδίου που ανυψώνονται πάνω από την ορατή επιφάνεια του ήλιου, σπάζοντας ξαφνικά σαν μια λαστιχένια ζώνη και επανασυνδέονται έπειτα με τα γειτονικά τους πεδία. Οι ερευνητές τώρα αναφέρουν ότι έχουν μερικές από τις πρώτες αποδεικτικές εικόνες υπέρ αυτής της σκέψης για τις συστροφές ή στροβίλους.

Ο στρόβιλος (κυκλώνας) από πλάσμα, σε ύψος 10.000 χιλιομέτρων, μας βάζει νέες ιδέες για το πώς μερικά υψηλής ταχύτητας σωματίδια, ένα ιδιαίτερα επικίνδυνο είδος ηλιακής ακτινοβολίας για τους δορυφόρους και τους αστροναύτες, ρίχνονται με ορμή προς τη Γη.

"Αυτό που βλέπουμε είναι ότι ο στρόβιλος του πλάσματος είναι ένα βασικό στοιχείο," λέει ο Δρ Etienne Pariat, ένας ηλιακός επιστήμονας στο πανεπιστήμιο George Mason στη Βιρτζίνια.

Ο στρόβιλος αυτός δρα σαν ένα ελατήριο που ωθεί υλικό έξω από τον ήλιο με δύναμη, λέει ο Pariat.

Η σπειροειδής έκρηξη στον ήλιο ήταν μία από τις τρεις ή τέσσερις που συμβαίνουν κάθε ώρα, αν και μέχρι τώρα ήταν πολύ δύσκολο να φανούν και γι αυτό κάνουν αίσθηση, λέει ο Edward DeLuca, αστροφυσικός στο Χάρβαρντ.

Τρισδιάστατη σύλληψη

Ένα άλλο κλειδί για την επιβεβαίωση του στροβίλου του πλάσματος, που υψώθηκε σαν πύργος πάνω από τον ήλιο, ήταν οι πρόσθετες παρατηρήσεις που έγιναν από τους δύο όμοιους ηλιακούς δορυφόρους STEREO  που απέχουν μερικά εκατομμύρια χιλιόμετρα. Οι διπλές εικόνες από τα διαφορετικά σημεία επέτρεψαν στους επιστήμονες να ξεμπερδέψουν κυριολεκτικά τις γραμμές του πλάσματος και να ελέγξουν ότι αυτό ήταν, πράγματι, ένα στρόβιλος.

Προτού να λειτουργήσουν οι δορυφόροι STEREO το 2006 οι ηλιακοί επιστήμονες δεν είχαν καμία αντίληψη του βάθους όταν εξέταζαν τον ήλιο Έτσι ακόμα κι αν έβλεπαν την συστροφή του πλάσματος, ήταν αδύνατα να την επιβεβαιώσουν.

"Η κατάσταση βελτιώθηκε εντυπωσιακά όταν έφτασαν οι πληροφορίες από τους δορυφόρους STEREO," λέει ο Δρ Σπύρος Πατσουράκος, επίσης του Πανεπιστημίου George Mason.

Με τις νέες παρατηρήσεις οι Pariat και Πατσοuράκος είναι σε θέση να συγκρίνουν τους πραγματικούς ηλιακούς στρόβιλους (ή κυκλώνες) με τις δομές που αυτοί έχουν δημιουργήσει σε προσομοιώσεις στους υπολογιστές. Και η καλή αντιστοιχία που έχουν βρει σε αυτήν την περίπτωση σημαίνει ότι αυτοί έχουν βρει τον τρόπο που ο ήλιος φτιάχνει αυτές τις εκλάμψεις και τις εκρήξεις στην επιφάνειά του (Στεμματικές Εκτινάξεις Μάζας), όπου τεράστια κύματα ιονισμένης θερμής ύλης απλώνονται στο διαπλανητικό χώρο.

Οι παρατηρήσεις αυτές μάλιστα επιβεβαιώνουν ένα μοντέλο του Σπύρου Αντίοχου του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Goddard. Σε εκείνο το μοντέλο ο Αντίοχος πρότεινε ότι η ενέργεια που αποθηκεύεται και έπειτα που απελευθερώνεται ξαφνικά στα συστρεμμένα μαγνητικά πεδία ωθεί τους πίδακες του αερίου προς τα πάνω, δίνοντας του ένα ελικοειδές σχέδιο σαν στρόβιλο. Όταν τα πεδία τελικά ξεμπερδεύουν, κάποια ποσότητα από το αέριο μπορεί να πέσει πάλι προς τον ήλιο, ενώ άλλα τμήματα, με ταχύτητες μεγαλύτερες από 300 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, δραπετεύει από την κορώνα (στέμμα) και φεύγουν προς το διάστημα.

To 2007, οι δυο δορυφόροι STEREO είδαν να εξαπλώνεται στην επιφάνεια του ήλιοτ ένα τεράστιο ενεργειακό κύμα, με ταχύτητα 1,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων την ώρα, σαν ένα ηλιακό τσουνάμι. Σε μια από αυτές τις συνήθεις στεμματικές εκτινάξεις ηλιακής μάζας παρατήρησαν ότι δημιουργείται ένας παλμός πίεσης που εξαπλώνεται προς τα έξω με κυκλικό τρόπο. Στις 17 Μαΐου του 2007 δυο αστρονόμοι παρατήρησαν το φαινόμενο, το οποίο διήρκεσε 35 μόλις λεπτά φτάνοντας τη μέγιστη ταχύτητα διάδοσής του 20 λεπτά μετά την εκδήλωσή του.

Μέσα σε μισή ώρα το ηλιακό τσουνάμι κάλυψε σχεδόν ολόκληρη την επιφάνεια του ηλίου. Η δε ενέργεια που απελευθερώθηκε ήταν απίστευτη. Περίπου 2 δισεκατομμύρια φορές η παγκόσμια ετήσια κατανάλωση ενέργειας μόλις σε μερικά δέκατα του δευτερολέπτου.

Οι επιστήμονες κατάφεραν να παρατηρήσουν για πρώτη φορά ότι αυτό το ενεργειακό κύμα δεν διαδίδεται μόνο οριζόντια σε όλη την επιφάνεια του Ηλίου, αλλά και κατακόρυφα στην ατμόσφαιρά του.

Οι επιστήμονες παρατήρησαν ακόμα ότι τα κύματα πίεσης ανακόπτονται σε κάποιες περιοχές της ατμόσφαιρας και επιστρέφουν ακριβώς όπως κάνουν και τα τσουνάμι στους ωκεανούς της γης.

Μια αλληλουχία κυματισμών (δημιουργούνται κοιλότητες και κορυφώσεις) που διαδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις στην επιφάνεια του ήλιου. Επιπλέον μετρήθηκε  ακριβώς ο όγκος και η ταχύτητα των ιονισμένων νεφών, ώστε να είναι προβλέψιμη η κατεύθυνση και η επικινδυνότητά τους για τη Γη και τους δορυφόρους που βρίσκονται σε τροχιά.

Το μαγνητικό πεδίο των ηλιακών εκλάμψεων σε Vimeo.