logo ČAS

Česká astronomická společnost

Registrace k odběru novinek
Domů ČAS Články Akce Obloha Download Rady Media Kontakt

Snímek dne
Modrá kometa v Hyádách
ČAM Leden 2015
Česká astrofotografie měsíce
Kometa C/2014 Q2 Lovejoy
Peter Aniol, Miloslav Druckmüller
Kometa C/2014 Q2 Lovejoy Foto: Peter Aniol, Miloslav Druckmüller
Slunce a Měsíc
Slunce fáze Měsíce
Na obloze
Výzkumy na AsÚ AV ČR (10): Střižné proudění ve sluneční atmosféře jako generátor elektrického pole 2014.09.12 14:32

 Masivní rentgenová erupce zachycená přístroji na palubě SDO 9. 8. 2011. Obrazový kanál na vlnové délce 13,1 nm (v rentgenové oblasti spektra) zachycuje plazma s teplotou kolem deseti milionů stupňů. Foto: Astronomický ústav AV ČRUrychlování částic je jevem pozorovaným u mnoha astrofyzikálních objektů. Kupříkladu ve slunečních erupcích dojde po přepojení magnetického pole k urychlení částic ve svazcích na rychlosti blízké rychlosti světla. Tyto procesy jsou obvykle spojovány s existencí silných elektrických proudů a elektrických polí. Tyto veličiny nejsou přímo měřitelné, avšak jejich charakter lze odvodit z jiných měřitelných fyzikálních veličin, které jsou spjaty komplikovanou soustavou rovnic. Tato soustava se obvykle řeší s pomocí počítače (tedy numericky), pro studium detailů chování částic však mají větší cenu řešení analytická, tedy s pomocí „tužky a papíru“. S takovým přišel Dieter Nickeler z AsÚ a s jeho pomocí popsal možný mechanismus dodatečného urychlování částic ve slunečních erupcích.

Numerické řešení soustavy rovnic lze provést vždy, jeho nevýhodou je však nutnost tzv. diskretizace, tedy řešení problému je známo pouze v omezené množině předem zvolených bodů prostoru, v nichž jsou rovnice řešeny. Mimo tyto body je řešení neznámo a obvykle se interpoluje (tedy v podstatě odhaduje), což nemusí vždy odpovídat skutečnému chování systému. Použitelné řešení je kompromisem mezi přesností (tedy volbou jemnosti diskrétní mříže) a počítačovou náročností (velké systémy se ve velkém rozlišení počítají na superpočítačích a i tak trvá výpočet často roky). Navíc, při řešení problémů magnetohydrodynamiky (MHD) jsou studované částice považovány za „testovací“, tedy bez zpětné vazby na pozaďové plazma. To zjevně neodpovídá realitě.

Naproti tomu analytické (přesné) řešení poskytuje znalost stavu plazmatu i testovacích částic v libovolném bodě prostoru a automaticky může zahrnout i zpětnou vazbu studovaných částic na pozaďové plazma. Bohužel, analyticky lze vyřešit jen velmi omezené množství problémů a reálné případy je tak zapotřebí idealizovat. Fyzik má tedy na výběr: buď nahradí reálný fyzikální systém zjednodušeným modelem a získá přesné řešení, nebo naopak studuje realistický systém, avšak jeho řešení bude pouze přibližné se zvolenou přesností a rozlišením. D. Nickeler a jeho kolegové zvolili první přístup a zajímali se o charakter elektrických polí v oblastech se střižným prouděním.

Jejich výzkum byl motivován průběhem slunečních erupcí. Nejúspěšnějším modelem vysvětlujícím průběh erupce je model magnetické rekonexe (přepojení), při němž dochází v omezené oblasti prostoru k změně konfigurace magnetického pole a prudkému uvolnění energie ve formě elektromagnetické záření i rychlých částic. Rychlé částice se projevují především srážkovým ohřevem pozaďového materiálu, který je tím přinucen zářit na rentgenových vlnových délkách. Magnetické pole se dostává do klidové konfigurace, v níž již nejsou podmínky k vytváření částicových svazků. Z pozorování je však zřejmé, že intenzita rentgenového záření klesá mnohem pomaleji, než se zklidňuje konfigurace magnetického pole. Nabité částice tedy musí být urychlovány jiným mechanismem. Hlavním podezřelým je elektrické pole související se střižnými pohyby plazmatu.

D. Nickeler tedy zkonstruoval idealizovaný fyzikální systém, který však věrně připomíná situaci v tzv. poerupčních smyčkách. Magnetické pole v nich je sice blízké klidovému (odborně potenciálovému), avšak i tato konfigurace umožňuje existenci střižných toků plazmatu podél silokřivek magnetického pole. Dále předpokládal, že studované plazma má konečnou vodivost. To již stačilo k analytickému výpočtu vektoru elektrického pole, pro urychlování částic byla však nejdůležitější jeho komponenta rovnoběžná se směrem pole magnetického. Pro realistické hodnoty popisující indukci magnetického pole a hustotu částic ve sluneční koróně se ukazuje, že v oblastech nad poerupčními smyčkami vzniká silné elektrické pole s vysokým napětím (v řádu desítek kilovolt). Bohužel to v tomto zjednodušeném modelu nestačí k vysvětlení pozorovaného doznívání rentgenové emise, zejména pak nedostačuje k urychlení elektronů na MeV až GeV energie, které jsou často pozorovány kosmickými družicemi.

Zjednodušený model nabízí pouze jednorázové urychlení částic. Z pozorování však vyplývá, že k urychlování dochází v po-rekonexních oblastech po delší dobu. Autoři navrhují, že určitou změnou modelu, prostým řetězením mnoha urychlovacích událostí, lze dosáhnout požadovaného efektu. Vysokoenergetické částice by tedy mohly být v poerupčních elektrických polích urychlovány postupně, podobně jako k tomu dochází v pozemských urychlovačích. V každém případě je z práce D. Nickelera a jeho kolegů patrná cena přesného fyzikálního řešení oproti numerickému přiblížení. Přesné řešení totiž umožňuje studovat detaily jevů, které zůstávají numerickému přístupu skryty.

Reference: Nickeler, D.H. a kol., Self-consistent stationary MHD shear flow in the solar atmosphere as elecric field generators, Astronomy & Astrophysics in press (2014), arXiv:1407.3227
Kontakt: Dr. Dieter Nickeler, dieter.nickeler@asu.cas.cz

Převzato z webu Astronomického ústavu AV ČR.

  Švanda Michal   Zobrazeno: 1796x   Tisk
Bolid a meteorit s rodokmenem 9. 12. 2014
Žereme vesmír@Hvězdárna a Planetárium Brno

Slovníček pojmů
Složky a projekty ČAS

Zvířetníkové světlo, Venuše a Mars: To vše je nám nyní dostupné po setmění. Stačí jen jasná průzračná obloha a pokud možno tmavý výhled k západu, protože kvůli světlu z měst prostě toto slabé světlo jen tak neuvidíme. Jasnou Venuši si ale můžeme vychutnat poměrně vysoko na jihozápadě ještě za světla. Kousek nad ní je slabší Mars. Fotil Vilém Heblík na Pardubicku.
02.17 21:22 Astro M. Gembec

Detail jádra komety: Rosetta se prosmýkla jen asi 6 km od jádra komety 67P a pořídila zajímavé detailní záběry. Něco už je k vidění na webu ESA. Zdroj.
02.16 21:06 Astro M. Gembec

Hlubinami vesmíru s Dr. Adélou Kawka: Nově v archivu TV Noe
02.11 12:14 Astro J. Suchánek

Hlubinami vesmíru s Doc. Miloslavem Zejdou, o dvojhvězdách 1. díl: Premiéra v sobotu 7. února ve 20 hod. na TV Noe. Bližší info včetně repríz
02.05 12:40 Nezařazeno M. Gembec

VISTA – pohled skrz Mléčnou dráhu:

Nový infračervený snímek mlhoviny Trifid odhaluje vzdálené proměnné hvězdy.

Zdroj: ESO

02.05 10:35 Astro M. Gembec

Archiv novinek
Astro.cz v cizím jazyce