Ο ήλιος μας

Ο ήλιος μας αποτελείται ως επί το πλείστον από το υδρογόνο (70%), το ήλιον (28%) και το υπόλοιπο 2% από βαρέα στοιχεία. Είναι επίσης ένα κίτρινο νάνος αστέρας. Φυσικά είναι το μόνο αστέρι αρκετά κοντά μας, ώστε να εξετάσουμε τα εξωτερικά και τα εσωτερικά στρώματά του λεπτομερώς.

Ο Ήλιος είναι το μόνο άστρο που επηρεάζει φανερά τη ζωή μας, όχι μόνο την ημέρα αλλά και τη νύκτα, με ηλιοφάνεια αλλά και τις νεφοσκεπείς ημέρες. Ο ήλιος παράγει και ακτινοβολεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Σε κάθε δευτερόλεπτο που περνά, ο ήλιος εκπέμπει ενέργεια ίση με μερικές εκατοντάδες δισεκατομμύρια τρισεκατομμυρίων κιλοβατώρες. Και μας παρέχει σχεδόν όλη την ενέργεια που χρησιμοποιούμε στη Γη. Ακόμη και ο άνεμος και τα νέφη είναι αποτέλεσμα της επίδρασης της ηλιακής ενέργειας στη Γη. Από την ηλιακή ακτινοβολία προέρχεται η αιολική ενέργεια, ο κύκλος του νερού, η βιολογική ενέργεια, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, ο άνθρακας και σχεδόν όλη η ενέργεια στο ηλιακό σύστημα. Εξαίρεση αποτελεί η πυρηνική ενέργεια που παράγεται από χημικά στοιχεία που δημιουργήθηκαν ως αποτέλεσμα εκρηκτικών φαινομένων που έγιναν κατά τον θάνατο ορισμένων μεγάλων άστρων.

Είναι ένας συνηθισμένος νάνος αστέρας δεύτερης γενιάς που παράγει ενέργεια από σύντηξη υδρογόνου στο εσωτερικό του. Πιο συγκεκριμένα με την αλυσιδωτή αντίδραση πρωτονίου-πρωτονίου, με την οποία καταναλώνει το υδρογόνο του με ένα ρυθμό 4.000.000 τόνων, ανά δευτερόλεπτο, παράγοντας ήλιο.

Ο ήλιος, οι πλανήτες, οι κομήτες και οι μετεωρίτες αποτελούνται από την ίδια αρχική ύλη με την ίδια περίπου αναλογία χημικών στοιχείων, με εξαίρεση τα ελαφρά στοιχεία, υδρογόνο και ήλιο που αφθονούν στον ήλιο και στους τέσσερις γίγαντες πλανήτες.

Επειδή είναι άστρο δεύτερης γενεάς σημαίνει ότι κάποιο από το υλικό του προήλθαν από τα προηγούμενα αστέρια. Μερικά αστέρια στο γαλαξία μας είναι τόσο παλιά όσο το Σύμπαν περίπου, δηλαδή κοντά 13,7 δισεκατομμυρίων ετών. Αντίθετα, ο ήλιος μας είναι μόνο 4,6 δισεκατομμυρίων ετών.

Τα πρώτα άστρα αποτελούνταν μόνο από υδρογόνο και ήλιο που προήλθαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτά τα άστρα ονομάζονται πρώτης γενιάς αστέρια. Αν και το υδρογόνο είναι επίσης το κύριο συστατικό του ήλιου, αυτός περιλαμβάνει και βαρύτερα στοιχεία, όπως ο άνθρακας, το άζωτο, και το οξυγόνο. Αυτά τα στοιχεία σχηματίστηκαν στο εσωτερικό της πρώτης γενιάς αστέρια που έζησαν και πέθαναν προτού ο ήλιος να γεννηθεί. Όταν αυτά τα ογκώδη, βραχύβια αστέρια κατανάλωσαν τα εσωτερικά καύσιμά τους, εξερράγησαν και εκτίναξαν τα βαρύτερα στοιχεία στο διαστρικό διάστημα. Ο ήλιος λοιπόν που σχηματίστηκε από αυτό το υλικό λέγεται αστέρι δεύτερης γενιάς.

Όταν ο ερυθρός γίγαντας ήλιος μας καταναλώσει και τα τελευταία του καύσιμα, δεν θα είναι σε θέση πλέον να υποστηρίξει το βάρος των εσωτερικών στρωμάτων του, και θα αρχίσουν να καταρρέουν προς τον πυρήνα, παράγοντας τελικά ένα μικρό, πυκνό, ψυχρό άστρο, που ονομάζεται λευκός νάνος. Ο ήλιος θα έχει έπειτα σχεδόν την ίδια ακτίνα με τη Γη, αλλά αυτό θα είναι περισσότερο πυκνό και με περισσότερη μάζα από τη Γη. Ο ήλιος θα γίνει λευκό νάνο αστέρι περίπου σε 8 δισεκατομμύρια έτη από τώρα. Αφότου γίνει λευκός νάνος, τότε θα ψύχεται αργά-αργά για δισεκατομμύρια έτη. Τελικά όταν θα γίνει πάρα πολύ ψυχρός δεν θα εκπέμπει πλέον φως.

Η δομή του Ήλιου

Ο ήλιος έχει διάφορα στρώματα, το πιο εσωτερικό του είναι ο πυρήνας, που είναι περίπου 400.000 χλμ σε διάμετρο και περιέχει περίπου το 60% της μάζας του ήλιου και λιγότερο από το 2% τον όγκο του. Εδώ πραγματοποιείται η πυρηνική τήξη, η θερμοκρασία φθάνει τους 15.000.000 βαθμούς Kelvin, η πίεση 250 δισεκατομμύρια ατμόσφαιρες και η πυκνότητα του είναι 150 φορές μεγαλύτερη του νερού.

Αριστερά διακρίνονται κάποιες περιοχές πιο λαμπρές - λευκές σχεδόν - από τον περίγυρο τους, που λέγονται πυρσοί και παρουσιάζουν μαγνητικές δραστηριότητες. Επίσης, συναντούμε ένα ακανόνιστο πεδίο από κόκκους με διάρκεια ζωής μερικών μόνο λεπτών. Η διάμετρος τους φτάνει τα 1.000 χιλιόμετρα και αποτελούν τις κορυφές ανοδικών ρευμάτων υπερθερμασμένων αερίων, που μοιάζουν με φυσαλίδες ατμού σε νερό που βράζει. Ορισμένες φορές τα μεγαλύτερα ενεργειακά ρεύματα δημιουργούν την υπερκοκκίαση, σχηματισμούς που έχουν διαμέτρους 35.000 χιλιομέτρων ή και την γιγαντιαία κοκκίωση που καλύπτει όλη την επιφάνεια του ήλιου.

Το επόμενο στρώμα από τον πυρήνα, είναι η ζώνη της ακτινοβολίας. Ένας σφαιρικός φλοιός με πάχος το 40% της ηλιακής ακτίνας  και η θερμοκρασία της είναι περίπου 2 έως 8.000.000 Κ. Είναι ένα στρώμα μέσω του οποίου η ενέργεια του πυρήνα,   με τη μορφή ακτινοβολίας, μεταφέρεται μέσα από διαδοχικές απορροφήσεις και εκπομπές των φωτονίων με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και τα ιόντα της ζώνης ακτινοβολίας. Τα φωτόνια αφού συνέχεια συγκρούονται φτάνουν με τυχαίο τρόπο μέχρι την επιφάνεια. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι χρειάζονται, αυτά τα φωτόνια, περίπου 20 εκατομμύρια έτη για να ταξιδέψουν αυτήν την απόσταση.

Στο επόμενο στρώμα που είναι το μεταφοράς, το πάχος φθάνει στο 15% της ακτίνας του ήλιου και επικρατούν θερμοκρασίες της τάξεως των 2.000.000 Κ. Είναι εκεί όπου οι πυρήνες του υδρογόνου και τα βαρύτερα στοιχεία συνδυάζονται με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν τα ουδέτερα άτομα ή ιόντα. Η παρουσία των οποίων είναι σε θέση να απορροφήσουν τα φωτόνια. Η μεταφορά πλέον της ενέργειας προς τα εξωτερικά στρώματα, γίνεται κυρίως με ανοδικά ρεύματα ύλης ενώ στο τέλος της ζώνης μεταφοράς πάλι έχουμε εκπομπές και απορροφήσεις φωτονίων. Στον ήλιο, νομίζουμε ότι αυτό το στρώμα είναι αρμόδιο για το σχηματισμό των μαγνητικών πεδίων, και έτσι αυτό έχει επιπτώσεις στη χρωμόσφαιρα και  στη δραστηριότητα της κορώνας, αλλά οι λεπτομέρειες είναι ακόμα αβέβαιες.

Τα εξωτερικά στρώματα του Ήλιου υφίστανται διαφορική περιστροφή: στον Ισημερινό η επιφάνεια κάνει μια περιστροφή κάθε 25.4 ημέρες. Πλησίον των πόλων είναι 36 ημέρες. Αυτή η παράξενη συμπεριφορά οφείλεται στο γεγονός ότι ο Ήλιος δεν είναι στερεός σαν τη Γη. Παρόμοια φαινόμενα συναντούμε και στους αεριώδεις πλανήτες. Η διαφορική περιστροφή φτάνει μέχρι το εσωτερικό του Ήλιου, αλλά ο πυρήνας του στρέφεται σαν να είναι στερεό σώμα. 

Η δομή της ατμόσφαιρας του ήλιου μας είναι γνωστή. Πρώτα συναντάμε στο εσωτερικό της, την φωτόσφαιρα, αυτό το φωτεινό επιφανειακό στρώμα που βρίσκεται μεταξύ της αδιαφανούς ζώνης μεταφοράς και της χρωμόσφαιρας. Αυτό το λαμπρό ορατό στρώμα, έχει μέσο πάχος μόνο 2.000 χιλιόμετρα και από το οποίο η περισσότερη ενέργεια ακτινοβολείται στο διάστημα. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της φωτόσφαιρας είναι η κοκκώδης υφή, που καλείται φωτοσφαιρική κοκκίαση. Το φαινόμενο οφείλεται σε ανοδικά ρεύματα θερμών αερίων.

Η θερμοκρασία της φωτόσφαιρας είναι περίπου 6.000 βαθμοί Κ στο βαθύτερο σημείο της και 4.000 βαθμοί Κ κοντά στην επιφάνεια. Από τις ηλιακές κηλίδες είμαστε σε θέση να ανιχνεύσουμε πόσο γρήγορα ο ήλιος περιστρέφεται. Κατά ένα   ενδιαφέροντα τρόπο περιστρέφεται γρηγορότερα στον ισημερινό και πιο αργά στους πόλους, το γιατί κανένας δεν ξέρει. Έχει προταθεί εν τούτοις, ότι η διαφορική περιστροφή οφείλεται στη γρήγορη περιστροφή του πυρήνα του ήλιου.

Την χρωμόσφαιρα την βλέπουμε με λαμπρό κόκκινο χρώμα σε περιόδους έκλειψης ηλίου και ανυψώνεται επάνω από τη φωτόσφαιρα μερικές χιλιάδες χιλιόμετρα. Η θερμοκρασία της είναι μεταξύ 4.000 βαθμών Κ (στην περιοχή που βρίσκεται πλησιέστερα στη φωτόσφαιρα) έως 50.000 βαθμούς Κ. Η έντονη άνοδος στη θερμοκρασία οφείλεται στην πυκνότητα του υλικού που μειώνεται εκθετικά με το ύψος.

Δεξιά βλέπουμε στην εικόνα του ήλιου τα νήματα, τις τεράστιες προεξοχές που μοιάζουν με χείμαρρους υπερθερμασμένων αερίων, που εκτοξεύονται με τεράστιες ταχύτητες σε αποστάσεις εκατομμυρίων χιλιομέτρων στο διάστημα.

Πάνω από τη χρωμόσφαιρα βρίσκεται το εντυπωσιακό στέμμα (κορώνα) και στο φάσμα της βρίσκουμε μερικές λαμπρές γραμμές, που προέρχονται από έντονα ιονισμένα άτομα στοιχείων. Η χρωμόσφαιρα που είναι η εξωτερική στιβάδα της ατμόσφαιράς του ήλιου εκτείνεται σε απόσταση 3,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων. Η υψηλή θερμοκρασίας του στέμματος, είναι η αιτία της εκπομπής ακτίνων-Χ από εκεί. Η θερμοκρασία της ανεβαίνει από 500.000 Κ έως και 2.000.000 βαθμούς Κ.

Και τέλος ο ηλιακός άνεμος, που είναι ηλιακή ακτινοβολία μαζί με έντονο ρεύμα πρωτονίων, ηλεκτρονίων και πυρήνων ηλίου, που εκτοξεύονται από την ατμόσφαιρα με ταχύτητες εκατοντάδων χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Τα σωματίδια αυτά ταξιδεύουν κατά μήκος των ανοικτών μαγνητικών γραμμών του στέμματος.

Οι κηλίδες

Στην επιφάνεια του ήλιου - όπου ανεβαίνει αργά αργά υλικό από τον πυρήνα - με ειδικά φίλτρα μπορούμε να διακρίνουμε ένα ακανόνιστο πεδίο από κόκκους που διαρκούν λίγα λεπτά ή μερικές ώρες. (εικόνα αριστερά).

Οι τελευταίες είναι ένα από τα φαινόμενα της ηλιακής δραστηριότητας: είναι οι γνωστές ηλιακές κηλίδες  - σκοτεινές περιοχές πάνω στον ηλιακό δίσκο που φαίνονται έτσι μόνο αν συγκριθούν με το περιβάλλον τους - με θερμοκρασίες μικρότερες του περιβάλλοντος τους (μόνο 3.800 βαθμούς Κέλβιν ή τη μισή θερμοκρασία από τη τριγύρω τους περιοχή). Είναι πολύ μεγάλες - έκτασης 50.000 χιλιομέτρων και μοιάζουν με μαύρα σημάδια στο πρόσωπο του ήλιου.
Σε κάθε ηλιακή κηλίδα διακρίνουμε τα εξής χαρακτηριστικά:
• Τη σκιά: μαύρη κεντρική περιοχή.
• Την παρασκιά: λιγότερο σκοτεινή ζώνη γύρω από τη σκιά.
• Τα νήματα: διακρίνονται μέσα στην παρασκιά και έχουν κατεύθυνση ακτινική προς το κέντρο της σκιάς.

Οι κηλίδες εμφανίζονται σχεδόν πάντα σε ομάδες στην αρχή σαν μαύρες κουκίδες σε απόσταση 1.000χλμ μεταξύ τους η μια από την άλλη. Μετά απομακρύνονται και γρήγορα φτάνουν στο μέγιστο μέγεθός τους. στις περισσότερες περιπτώσεις διακρίνουμε σε κάθε ομάδα δυο κηλίδες που είναι σαφώς μεγαλύτερες από τις άλλες και βρίσκονται στο ίδιο περίπου ηλιακό πλάτος. Το μέγεθος μιας κηλίδας είναι περίπου 10.000χλμ ενώ το συνολικό μήκος μιας ομάδας στην οποία ανήκει είναι περίπου 100.000 χλμ..Ο χρόνος ζωής των κηλίδων είναι για τις πολύ μικρές μερικές μέρες ενώ για τις μεγαλύτερες κηλίδες ή ομάδες κηλίδων είναι μέχρι και 100 μέρες δηλαδή 4 ηλιακές περιστροφές. Στατιστικά πάντως το 95% του συνολικού αριθμού των ηλιακών κηλίδων έχει χρόνο ζωής μικρότερο από 11 μέρες. Οι κηλίδες συνήθως εμφανίζονται σε δυο ζώνες βόρεια και νότια από τον ηλιακό ισημερινό σε ηλιακό πλάτος ±5ο έως ±35ο. Η συχνότητα εμφάνισης και στα δυο ημισφαίρια είναι η ίδια. Ο αριθμός των κηλίδων και των ομάδων κηλίδων που εμφανίζονται μεταβάλλεται με τον χρόνο. Συγκεκριμένα η εμφάνιση των κηλίδων παρουσιάζει έναν 11ετή κύκλο δραστηριότητας δηλαδή ο αριθμός τους αυξάνεται και ελαττώνεται περιοδικά κάθε 11 χρόνια.

Το μαγνητικό πεδίο των κηλίδων είναι τεράστιο, χιλιάδες φορές ισχυρότερο του ηλίου (που έχει γενικά ασθενές μαγνητικό πεδίο). Το φαινόμενο αυτό των ηλιακών κηλίδων είναι περιοδικό, που κορυφώνεται και υποχωρεί κάθε 11 έτη. Την ανακάλυψη τους την οφείλουμε στον Γαλιλαίο το 1613. Επίσης, το μαγνητικό πεδίο μιας κηλίδας εξέρχεται από τη σκιά της και εισέρχεται στην επιφάνεια του ήλιου σε μια γειτονική κηλίδα αντίθετης πολικότητας . Για το λόγο αυτό η πολικότητα της προηγούμενης κηλίδας είναι συνήθως διαφορετική από της επόμενης. Επίσης αξίζει να σημειωθεί ότι η πολικότητα των ηγούμενων κηλίδων στο βόριο ημισφαίριο είναι διαφορετική από αυτή στο νότιο ημισφαίριο. Η πολικότητα αυτή αντιστρέφεται κάθε 11 χρόνια περίπου με αποτέλεσμα ο κύκλος δραστηριότητας των ηλιακών κηλίδων να θεωρείται 22ετής πλέον και όχι 11ετής.

Οι πρώτες κηλίδες ενός νέου κύκλου εμφανίζονται συνήθως σε μια πλατιά ζώνη που απέχει γύρω στις 40ο από τον ηλιακό ισημερινό. Καθώς όμως ο κύκλος
εξελίσσεται οι κηλίδες μετατοπίζονται προς τον ισημερινό και τελικά τον πλησιάζουν μετά από 11 περίπου χρόνια. Συγχρόνως τότε εμφανίζονται οι πρώτες κηλίδες του νέου κύκλου με αντίθετη πολικότητα. Οι επιστήμονες κατέγραψαν την κατανομή των κηλίδων κατά ηλιογραφικό πλάτος. Η κατανομή αυτή είναι γνωστή σαν διάγραμμα πεταλούδας. Η θεωρία που ερμηνεύει το διάγραμμα της πεταλούδας είναι αυτή του Babcock κι έχει ως εξής: Τα μαγνητικά πεδία δημιουργούνται από την κίνηση ηλεκτρικών φορτίων και τα χαρακτηριστικά τους προσδιορίζονται από τις τροχιές των φορτίων το μέγεθός τους και την ταχύτητα τους. Τα μαγνητικά πεδία του ήλιου δημιουργούνται στο οριακό στρώμα της ζώνης μεταφοράς με τη ζώνη ακτινοβολίας κάτω από τη φωτόσφαιρα. Ο ήλιος είναι ρευστός και η φωτόσφαιρά του δεν περιστρέφεται σαν ένα σώμα συγκεκριμένα στον ισημερινό η γωνιακή ταχύτητα είναι μεγαλύτερη. Αυτή η διαφορά περιστροφής συστρέφει τις μαγνητικές γραμμές των πεδίων που σε ορισμένες περιπτώσεις αναστρέφονται και δημιουργούν κλειστούς βρόχους που βγαίνουν πάνω από την επιφάνεια. οι τοπικές ανωμαλίες εμποδίζουν την ελεύθερη κίνηση των ρευμάτων οπότε δεν ανεβαίνουν θερμά αέρια προς την επιφάνεια. αυτή η ανακοπή δημιουργεί σχετικά κρύες περιοχές στα σημεία όπου ο μαγνητικός βρόχος συναντά την επιφάνεια. για αυτό οι κηλίδες σχηματίζονται σε ζεύγη.

Οι προεξοχές και τα άλλα φαινόμενα

Μια άλλη δραστηριότητα του ήλιου είναι το εντυπωσιακό φαινόμενο των προεξοχών. Οι προεξοχές είναι τεράστια νέφη ιονισμένου αερίου που εκτοξεύονται πάνω από την φωτόσφαιρα μέσα στο στέμμα.

Το πιο βίαιο, όμως, είδος διαταραχών στον ήλιο είναι οι  λευκές φωτοσφαιρικές εκλάμψεις που σχετίζονται με ισχυρά μαγνητικά πεδία και μπορούν να παρομοιαστούν με την έκρηξη δισεκατομμυρίων βομβών υδρογόνου. Τα πυρακτωμένα τους αέρια εκσφενδονίζονται σαν πύρινες γλώσσες που ξεδιπλώνονται και ορμούν στο διάστημα με τέτοια δύναμη, ώστε πολλές φορές αντί να ξαναπέσουν στον ήλιο χάνονται στο κενό.

Οι χείμαρροι των υπερθερμασμένων αερίων εκσφενδονίζονται συνεχώς σε ύψη εκατοντάδων χιλιάδων χιλιομέτρων με τεράστιες ταχύτητες και μετακινούνται στην ηλιακή ατμόσφαιρα ακολουθώντας ορισμένες γραμμές μαγνητικών δυνάμεων, ενώ άλλοτε φαίνονται να υλοποιούνται από το τίποτε και να γκρεμίζονται καταστροφικά προς την επιφάνεια.

Υπάρχουν επίσης οι στεμματικές συμπυκνώσεις και οι οπές. Είναι περιοχές του στέμματος με μεγάλη πυκνότητα και θερμοκρασία. Εκεί γίνεται έντονος ιονισμός των ατόμων και δημιουργία πλάσματος.

Η ηλιόσφαιρα είναι η απέραντη μαγνητική φυσαλίδα που περιέχει το ηλιακό σύστημα, τον ηλιακό άνεμο, και ολόκληρο το ηλιακό μαγνητικό πεδίο. Υπερβαίνει την τροχιά του Πλούτωνα. Ενώ η πυκνότητα των σωματιδίων στην ηλιόσφαιρα είναι πολύ χαμηλή (στην πραγματικότητα ο χώρος αυτός έχει πολύ καλύτερο κενό από ότι δημιουργείται σε ένα εργαστήριο), είναι γεμάτο σωματίδια που ενδιαφέρουν τους ηλιοσφαιρικούς επιστήμονες. 

Ο ηλιακός άνεμος κοντά στην επιφάνεια του ήλιου μας περιέχει εναλλασσόμενα ρεύματα υψηλής και χαμηλής ταχύτητας. Αυτά τα ρεύματα στρέφονται μαζί με τον ήλιο.Τα ρεύματα μεγάλης ταχύτητας δημιουργούνται στις στεφανιαίες οπές και επεκτείνονται προς τους ηλιακούς πόλους. Τα πιο αργά ρεύματα προέρχονται από κοντά του ισημερινού του ήλιου. Υπάρχουν συνθετικές διαφορές μεταξύ των υψηλής ταχύτητας και χαμηλής ταχύτητας ρευμάτων του ηλιακού άνεμου.

Η ηλιόπαυση είναι το όνομα για το ασαφές όριο μεταξύ της ηλιόσφαιρας και του διαστρικού ανέμου έξω από το ηλιακό σύστημα. Καθώς ο ηλιακός άνεμος πλησιάζει την ηλιόπαυση, επιβραδύνεται ξαφνικά, διαμορφώνοντας ένα κρουστικό κύμα λήξης. Αυτό το κρουστικό κύμα λήξης του ηλιακού ανέμου επιταχύνει πολύ καλά τα σωματίδια.

Μια ηλιακή έκλαμψη είναι μια τεράστια έκρηξη στην ηλιακή ατμόσφαιρα. Έχει σαν αποτέλεσμα ξαφνικές μεγάλες επιταχύνσεις των σωματιδίων, θερμαίνοντας το πλάσμα σε δεκάδες εκατομμυρίων βαθμών, καθώς και την έκρηξη μεγάλων ποσών ηλιακής μάζας. Οι εκλάμψεις θεωρούνται πως προκύπτουν από την απότομη απελευθέρωση της ενέργειας που αποθηκεύεται στα μαγνητικά πεδία στη ζώνη γύρω από τις ηλιακές κηλίδες.

Υπάρχουν δύο τύποι εκλάμψεων: ωστικές εκλάμψεις και βαθμιαίες εκλάμψεις. Οι ωστικές εκλάμψεις επιταχύνουν συνήθως ηλεκτρόνια, με μερικά πρωτόνια. Αυτές διαρκούν πολλά λεπτά ή μερικές ώρες και η πλειοψηφία τους εμφανίζεται κοντά στον ηλιακό ισημερινό. Οι ωστικές εκλάμψεις εμφανίζονται με ένα ρυθμό περίπου 1000 ετησίως κατά τη διάρκεια του ηλιακού μεγίστου.

Οι βαθμιαίες εκλάμψεις επιταχύνουν ηλεκτρόνια, πρωτόνια, και βαριά ιόντα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, και τα γεγονότα αυτά τείνουν να κρατήσουν για μέρες. Εμφανίζονται κυρίως κοντά στους πόλους του ήλιου και συμβαίνουν περίπου 100 φορές ανά έτος.

Αυτή η επιτάχυνση των σωματιδίων των ηλιακών εκλάμψεων σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες περιλαμβάνει όλα τα διάφορα στοιχεία στην ηλιακή ατμόσφαιρα. Έτσι διεγείρονται τα άτομα πολλών στοιχείων, όπως ο άνθρακας, το άζωτο, το οξυγόνο, το νέο, το μαγνήσιο, το πυρίτιο, και ο σίδηρος, σχηματίζοντας ιόντα των στοιχείων. Αυτά είναι οι ηλιακές κοσμικές ακτίνες, που ονομάζονται επίσης και ηλιακά ενεργητικά σωματίδια (SEP).

Φαινόμενα Φωτόσφαιρας

Φωτόσφαιρα

Εικόνα 5, Ηλιακή Κηλίδα, J.B. Kristofersen

Κοκκίαση

Ηλιακές κηλίδες: Στην παρατήρηση του ήλιου ακόμα και με μικρό τηλεσκόπιο με ηλιακό φίλτρο εύκολα μπορούμε να διακρίνουμε τις ηλιακές κηλίδες. Είναι μικρές μαύρες περιοχές στην επιφάνεια του ήλιου. Ο λόγος που οι ηλιακές κηλίδες παρουσιάζονται μαύρες είναι η χαμηλή θερμοκρασία τους σε σχέση με τη θερμοκρασία της φωτόσφαιρας που τις περιβάλει. Υπολογίζεται ότι η θερμοκρασία της σκιάς είναι περίπου 4100 Κ ενώ της φωτόσφαιρας είναι περίπου 5800 Κ. αν μπορούσαμε να απομονώσουμε μια ηλιακή κηλίδα από το λαμπρό υπόβαθρο της φωτόσφαιρας θα την βλέπαμε να λάμπει με φαινόμενο μέγεθος -12. Το φαινόμενο μέγεθος του ηλιακού δίσκου είναι -26,74. Η πρώτη παρατήρηση των ηλιακών κηλίδων έγινε το 1610 και από τότε συνεχίζεται η παρακολούθησή τους μέχρι σήμερα. Συνήθως εμφανίζονται ανάμεσα στους κόκκους για να αναπτυχθούν στη συνέχεια παίρνοντας μεγάλες διαστάσεις ως και πάνω από 100.000 χλμ. σε μερικές περιπτώσεις καταλαμβάνουν τεράστια έκταση έως και 15ο στον ηλιακό δίσκο. Οι πρώτοι παρατηρητές των ηλιακών κηλίδων ήταν οι εξής: ο Γαλιλαίος, ο Χάριοτ, ο Φαμπρίσιους και ο Σάινερ ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο.

Σε κάθε ηλιακή κηλίδα διακρίνουμε τα εξής χαρακτηριστικά:

•Την σκιά (umbra): μαύρη κεντρική περιοχή.

•Την παρασκιά (penumbra): λιγότερο σκοτεινή ζώνη γύρω από τη σκιά.

•Τα νήματα (filaments): διακρίνονται μέσα στην παρασκιά και έχουν κατεύθυνση ακτινική προς το κέντρο της σκιάς.

Τα χαρακτηριστικά αυτά διακρίνονται εύκολα στην εικόνα 5.

Άλλα φαινόμενα της φωτόσφαιρας:

Πολλές φορές κοντά στα χείλη της φωτόσφαιρας στην περιοχή που υπάρχουν κηλίδες παρατηρούνται περιοχές μεγαλύτερης λαμπρότητας. Οι περιοχές αυτές ονομάζονται πυρσοί (faculae) και πιθανόν να οφείλονται σε ενέργεια που παράγεται κατά την αναδιάταξη του μαγνητικού πεδίου των κηλίδων. Η παρουσία πυρσών σε περιοχή που δεν υπάρχουν κηλίδες είτε προμηνύει την εμφάνιση κηλίδων είτε αποτελεί ένδειξη ότι στην περιοχή αυτή υπήρχαν κηλίδες που έχουν εξαφανιστεί. Η παρουσία πάντως πυρσών στο ανατολικό χείλος του ήλιου συνήθως προμηνύει την εμφάνιση νέων κηλίδων. Ας σημειωθεί ότι σπάνια παρατηρούνται πυρσοί στο κέντρο της φωτόσφαιρας γιατί η φωτεινότητά τους είναι περίπου ίση με τη φωτεινότητα του κέντρου της φωτόσφαιρας. Όταν η διαταραχή της ατμόσφαιρας είναι μικρή είναι δυνατόν να παρατηρηθεί το φαινόμενο της κοκκίασης (granulation) στη φωτόσφαιρα. Οι κόκκοι είναι μικροί φωτεινοί σχηματισμοί διαμέτρου 1΄΄ δηλαδή περίπου 800χλμ με διάρκεια ζωής από 3 έως 10 λεπτά της ώρας. Πιστεύεται ότι αποτελούν τις κορυφές θερμών αερίων ρευμάτων που προέρχονται από το εσωτερικό του ήλιου τη ζώνη δηλαδή μεταφοράς. Μερικές φορές παρατηρούνται σκοτεινοί πυρσοί (dark faculae) κοντά στο κέντρο του δίσκου του ήλιου. Επίσης σπάνια κατά τη διάρκεια του μεγίστου αριθμού ηλιακών κηλίδων παρατηρούνται λευκές φωτοσφαιρικές εκλάμψεις (white light flares) διάρκειας μερικών λεπτών τις ώρας.

Φαινόμενα Χρωμόσφαιρας

Χρωμόσφαιρα

Εικόνα 6, Φαινόμενα Χρωμόσφαιρας

Η ολική ακτινοβολία της χρωμόσφαιρας είναι κατά 1000 φορές τουλάχιστον χαμηλότερη από της φωτόσφαιρας και επομένως γίνεται ορατή μόνο κατά τη διάρκεια ολικών εκλείψεων. Σε ορισμένες όμως στενές περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος η ένταση της ακτινοβολίας είναι τόσο ισχυρή ώστε μπορούμε να τη παρατηρήσουμε εύκολα ακόμα και χωρίς την βοήθεια εκλείψεων. Οι πιο συνηθισμένες παρατηρήσεις της χρωμόσφαιρας γίνονται στης φασματικές γραμμές Ηα του υδρογόνου και Ca του ασβεστίου με τον μονοχρωματικό ηθμό του Lyot. Τα κυριότερα φαινόμενα που παρατηρούνται στη χρωμόσφαιρα είναι:

Α) Η υπερκοκκίαση (super granulation). Οι κόκκοι έχουν μέση διάμετρο 10.000 ως 35.000χλμ και μέση διάρκεια ζωής 30 ώρες. Όταν οι συνθήκες παρατήρησης είναι καλές γίνονται εύκολα αντιληπτοί με το μονοχρωματικό ηθμό Lyot γιατί δημιουργούν ένα δίκτυο στη χρωμόσφαιρα το χρωμοσφαιρικό δίκτυο το οποίο αποτελεί την καλύτερη απόδειξη ύπαρξης των ανοδικών/ καθοδικών ρευμάτων της χρωμόσφαιρας.

B) Οι ακίδες (spicules) εμφανίζονται στο χείλος του ηλιακού δίσκου και είναι στενοί επιμήκεις σχηματισμοί ύψους περίπου 7000 χλμ και μέσου πλάτους 1000 χλμ. Η μέση διάρκεια ζωής τους είναι 8 λεπτά της ώρας.

Γ) Οι προεξοχές (prominences) και τα νήματα (filaments) αποτελούν δυο διαφορετικές μορφές του ίδιου φαινομένου. Οι μεν προεξοχές παρουσιάζονται κοντά στο χείλος του ήλιου και εμφανίζονται σαν επιμήκεις σχηματισμοί που προεκτείνονται πάνω από τη βάση της χρωμόσφαιρας τα δεν νήματα είναι η προβολή τους πάνω στο δίσκο του ήλιου και παρατηρούνται σαν σκοτεινοί σχηματισμοί. Όταν ο ήλιος βρίσκεται στο ελάχιστο του 11 ετούς κύκλου τις δραστηριότητας του τότε μπορούμε συνήθως να δούμε 4-5 νήματα πάνω στην επιφάνειά του αντίθετα όταν βρίσκεται στο μέγιστο μπορούμε να δούμε γύρω στα 20. Οι προεξοχές διακρίνονται σε ήρεμες με διάρκεια ζωής γύρω στους δυο μήνες και σε εκρηκτικές με μικρή διάρκεια ζωής από μερικά λεπτά έως και μισή ώρα. Οι τελευταίες συνδέονται άμεσα με τις ηλιακές εκλάμψεις και παρουσιάζουν βίαιες και ταχύτατες μεταβολές της λαμπρότητας και του μεγέθους τους. Το μέσο ύψος των ήρεμων προεξοχών είναι 30.000χλμ ενώ έχουν παρατηρηθεί και εκρηκτικές προεξοχές ύψους πάνω από 1.000.000χλμ.

Δ) Εκλάμψεις (flares): Παρατηρούνται συνήθως σε περιοχές όπου υπάρχουν ηλιακές κηλίδες και εμφανίζονται σαν απότομες εκρήξεις με λάμψεις τεραστίων διαστάσεων. Η ενέργεια που εκλύεται κατά τη διάρκεια των ηλιακών εκλάμψεων είναι της τάξεως 10^(28-32)erg και εκλύεται σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα από τις ακτίνες γ μέχρι και τα ραδιοκύματα. Επίσης εκπέμπονται ενεργητικά φορτισμένα σωματίδια με μορφή κοσμικής ακτινοβολίας τα οποία βομβαρδίζουν τη γη μας με πυκνότητα ροής 1000 σωματίδια/cm^2/sec και προκαλούν μαγνητοσφαιρικά φαινόμενα, και λαμπρό βόρειο σέλας. Η θερμοκρασία στην περιοχή μιας έκλαμψης φτάνει τους 15.000 Κ ενώ η κινητική θερμοκρασία των σωματιδίων μπορεί να φτάσει τους 10^6 Κ. Η σπουδαιότητα μιας έκλαμψης καθορίζεται από την λαμπρότητα και την έκτασή της. Στην εικόνα 6 βλέπουμε κάποια απ’ τα παραπάνω φαινόμενα συγκριτικά.

Φαινόμενα Στέμματος

Στέμμα, Ολική Έκλειψη 29 Μαρτίου 2006, Καστελόριζο, Αντωνόπουλος Παναγιώτης

Στεμματικές οπές: Eίναι περιοχές του στέμματος χωρίς εκπομπή ακτινών Χ. Βρίσκονται σε περιοχές που χαρακτηρίζονται από ανοικτές μαγνητικές γραμμές σε αντίθεση με την υπόλοιπη δομή του στέμματος που χαρακτηρίζονται από βρόχους πλάσματος παγιδευμένους γύρω από κλειστές μαγνητικές γραμμές οι οποίες συνδέουν περιοχές αντίθετης πολικότητας που αρχίζουν και καταλήγουν στη φωτόσφαιρα. Επίσης οι στεμματικές οπές χαρακτηρίζονται από χαμηλή θερμοκρασία και πυκνότητα σε σύγκριση με τις τιμές που χαρακτηρίζουν το στέμμα πράγμα που δείχνει ότι η ενέργεια που τους παρέχεται από τη φωτόσφαιρα μέσω των ακουστικών κυμάτων καταλίσκεται στην επιτάχυνση των σωματιδίων του ηλιακού ανέμου.

Αναφορά:Σελίδα της NASA