Οι επιστήμονες βρίσκουν λύση σε ένα ηλιακό αίνιγμα

Πηγή: Πανεπιστήμιο του Sheffield, 21 Μαρτίου 2009

Επιστήμονες έχουν κάνει μια μοναδική ανακάλυψη η οποία θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε ένα από τα πιο αινιγματικά χαρακτηριστικά του Ήλιου. Η έρευνα μπόρεσε να εξηγήσει γιατί η εξωτερική ατμόσφαιρα του Ήλιου είναι θερμότερη από την εσωτερική φωτόσφαιρα. Η επιφάνεια του Ήλιου, που είναι γνωστή ως φωτόσφαιρα, φθάνει σε θερμοκρασίες της τάξεως των 5.000 βαθμών. Φαίνεται λογικό ότι η θερμοκρασία θα είναι χαμηλότερη πιο μακριά από τον Ήλιο. Ωστόσο η εξωτερική ατμόσφαιρα του, που είναι γνωστή ως στέμμα, μπορεί να φτάσει σε θερμοκρασίες πάνω από ένα εκατομμύριο βαθμούς.

Η μελέτη, η οποία έχει δημοσιευθεί στο περιοδικό Science, έχει βρει αποδείξεις για την ύπαρξη ενός νέου τύπου ηλιακών κυμάτων - γιγάντια στροβιλιζόμενα μαγνητικά κύματα στην κατώτερη ατμόσφαιρα του Ήλιου, που ονομάζονται κύματα Alfvén, και τα οποία μεταφέρουν ενέργεια για τη θέρμανση του στέμματος του Ήλιου. Το στέμμα ή κορώνα του Ήλιου εκτείνεται περίπου 1 εκατ. χιλιόμετρα γύρω από την επιφάνειά του. Το φαινόμενο αυτό για πρώτη φορά προτάθηκε από τον Hannes Alfvén το 1942, αλλά παρά ότι κέρδισε βραβείο Νόμπελ για την πρωτοποριακή εργασία του στον τομέα αυτό, μέχρι σήμερα δεν είχαν βρεθεί αδιάσειστα στοιχεία για το κύμα αυτό στην ηλιακή ατμόσφαιρα.

Η κορώνα του Ήλιου

Η ομάδα χρησιμοποίησε στοιχεία από το Σουηδικό Ηλιακό τηλεσκόπιο των Καναρίων Νήσων, για να ανιχνεύσει για πρώτη φορά αυτά τα κύματα στην χαμηλότερη ατμόσφαιρα του Ήλιου. Αυτό το τηλεσκόπιο είναι το μεγαλύτερο και το πιο ισχυρό ηλιακό τηλεσκόπιο στην Ευρώπη και είναι σε θέση να παράγει ορισμένες από τις πιο λεπτομερείς εικόνες που υπάρχουν σήμερα.

Η μελέτη εντόπισε φαινόμενα μαγνητικών ταλαντώσεων οι οποίες συνδέονται με μια μεγάλη φωτεινή περιοχή έκτασης 430.000 τετραγωνικών χλμ. (διπλάσια σε μέγεθος από τη Βρετανία), και η οποία αποτελεί ένα μαγνητικό πεδίο κοντά στο κέντρο του ηλιακού δίσκο. Αυτές οι ταλαντώσεις, με περιοδικότητα 126 έως 700 δευτερολέπτων και εύρος 2,6 χλμ., ανά δευτερόλεπτο, αποτελούν την "υπογραφή" των σπειροειδών κυμάτων Alfvén. Σύμφωνα με την έρευνα, η ενεργειακή ροή που πηγάζει από αυτά τα κύματα, τα οποία εξαπλώνονται προς τα πάνω με ταχύτητα 20 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, είναι αρκετή για να υπερθερμάνει το ηλιακό στέμμα.

Ο καθηγητής Robert von Fay-Siebenburgen, από το Πανεπιστήμιο του Sheffield δήλωσε: "Έπρεπε να βρούμε στοιχεία για την ύπαρξη των κυμάτων Alfvén. Πολλές υπηρεσίες είχαν επενδύσει σημαντικούς πόρους προσπαθώντας να βρουν καθαρά μαγνητικές ταλαντώσεις του πλάσματος στο διάστημα, ιδιαίτερα στον ήλιο. Αυτά τα κύματα, όταν ανιχνεύεται, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσδιορίσουμε τις φυσικές συνθήκες στις αόρατες περιοχές του Ήλιου αλλά και σε άλλους αστέρες. "

Ο Daivd Jess, επικεφαλής ερευνητής για το πρότζεκτ αυτό σχέδιο από το Βασιλικό Πανεπιστήμιο του Μπέλφαστ, δήλωσε: "Συχνά, τα κύματα μπορούν να είναι ορατά από την κυμάτωση του νερού όταν πέσει μια πέτρα σε μια λίμνη, ή από τις κινήσεις της χορδής μιας κιθάρας. Πάντως, τα κύματα Alfvén δεν μπορούμε να τα δούμε τόσο εύκολα. Στην πραγματικότητα, είναι εντελώς αόρατα με γυμνό μάτι. Μόνο αν εξετάσουμε τις κινήσεις των δομών και των αντίστοιχων τους ταχυτήτων στην ταραγμένη ατμόσφαιρα του Ήλιου θα μπορούσαμε να βρούμε, για πρώτη φορά, την παρουσία αυτών των φευγαλέων κυμάτων Alfvén."

Ο καθηγητής Μιχάλης Μαθιουδάκης, επικεφαλής της Ηλιακής Ομάδας στο Κέντρου Έρευνας Αστροφυσικής του Βασιλικού Πανεπιστημίου του Μπέλφαστ, ανέφερε:"Η κατανόηση της ηλιακής δραστηριότητας και η επίδρασή της στο κλίμα της Γης είναι ύψιστης σημασίας για την ανθρωπότητα. Ο Ήλιος δεν είναι τόσο 'ήσυχος', όπως πολλοί πιστεύουν. Το ηλιακό στέμμα, που είναι ορατό από τη Γη μόνο κατά τη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης του ηλίου, είναι ένα πολύ δυναμικό περιβάλλον που μπορεί να ξεσπάσει ξαφνικά, απελευθερώνοντας περισσότερη ενέργεια από ότι 10 δισεκατομμύρια ατομικές βόμβες. Η μελέτη μας λοιπόν έκανε μια μεγάλη πρόοδο στην κατανόηση του πώς τα εκατομμύρια βαθμοί του στέμματος ή της κορώνας κατορθώνει να επιτύχει αυτό το επίτευγμα. "

Μέχρι σήμερα το πιο πάνω μυστήριο στο γεγονός ότι ενώ ο ήλιος στην επιφάνειά της φωτόσφαιρας έχει θερμοκρασία που φτάνει μόνο στους 6.000 Κ, το στέμμα του έχει θερμοκρασίες από 1 έως και 2.000.000 βαθμούς, εξηγήθηκε ως εξής:

1. Με τη θεωρία των κυμάτων θερμότητας: οι μαγνητικές γραμμές μεταφέρουν κύματα θερμότητας από την κοχλάζουσα επιφάνεια του ήλιου τα οποία θερμαίνουν τα ηλεκτρικά φορτισμένα αέρια της κορόνας σε τεράστιες θερμοκρασίες.

Η ηλιακή ατμόσφαιρα διαπερνάται με μαγνητικά πεδία που είναι ιδιαίτερα έντονα γύρω από ομάδες ηλιακών κηλίδων. Ο ήλιος είναι ένα δυναμικό υπέρθερμο σύστημα, έτσι που οι γραμμές μαγνητικών πεδίων συνεχώς να μεταβάλλονται και να εκτινάσσονται από εδώ και από εκεί. Αυτές οι ταλαντώσεις στέλνουν κύματα του μαγνητισμένου πλάσματος (ιονισμένο αέριο) εξωτερικά προς το στέμμα. Ένα μαγνητικό κύμα Alfvén ξεκινάει στην πυκνή ατμόσφαιρα, κοντά στη φωτόσφαιρα, και κινείται προς τα πάνω, όπου συναντάει το στέμμα. Εκεί, στο ασθενές αέριο, το πλάτος του αυξάνεται. Τελικά το κύμα σπάζει και η ενέργειά του μετατρέπεται σε θερμική, θερμαίνοντας έτσι το αέριο του στέμματος.

2. Με τη θεωρία της συστροφής των μαγνητικών γραμμών: οι μαγνητικές γραμμές του πεδίου του ήλιου συστρέφονται λόγο της διαφορετικής περιστροφής του και τελικά σπάνε απελευθερώνοντας την ενέργειά τους θερμαίνοντας ραγδαία τα αέρια της κορόνας του ήλιου.

3. Λόγω μικροσκοπικών ηλιακών εκλάμψεων.