Česká astronomická společnost

Výzkumy v AsÚ AV ČR (29): Rozšiřování magnetických trubic nad slunečními aktivními oblastmi 2015.02.06 06:00

Skutečný vzhled koronálních smyček Foto: Jaroslav DudíkMnohé nezodpovězené otázky fyziky Slunce se týkají koróny, vnější vrstvy sluneční atmosféry, jež se volně rozpíná do meziplanetárního prostoru slunečním větrem. Pozorování prováděná dalekohledy na kosmických družicích v ultrafialové oblasti spektra poskytují až překvapivé detaily koronální struktur. Z nich je zřejmé, že základním stavebním kamenem koróny je smyčka. Smyčka magnetického pole vyplněná horkým plazmatem propojující fotosférické paty s opačnou polaritou magnetického pole. Geometrií koronálních smyček se zabýval v práci publikované v časopise the Astrophysical Journal Jaroslav Dudík (spolupracovník AsÚ, který byl v letech 2013‒2014 na postdocovém pobytu na University of Cambridge) ve spolupráci s Elenou Dzifčákovou z AsÚ a Jonathanem Cirtainem z NASA.

Pod pojmem koronální smyčka rozumíme obloukovitou strukturu lokálně hustšího plazmatu s teplotou kolem milionu stupňů vypínající se do vysokých vrstev sluneční atmosféry. Toto plazma silně září v rentgenové a ultrafialové oblasti spektra. Teploty a hustoty odpovídají vysoce srážkovému plazmatu, které je díky tomu téměr plně ionizované. Vzhledem k vysoké elektrické vodivosti je plazma vmrzlé do magnetického pole, musí tedy respektovat struktury magnetického pole.

Magnetogram oblasti NOAA 11482 (nahoře), rekonstrukce koronálního magnetického pole (uprostřed) a skutečný vzhled koronálních smyček (dole). Foto: Jaroslav DudíkSnímky z moderních kosmických přístrojů (Yohkoh/SXT, TRACE nebo SDO/AIA) ukazují, že průřez koronálních smyček se s výškou nad povrchem příliš nemění. To je v rozporu s rozpínavostí magnetického pole, jež zjevně s výškou (a klesající hustotou materiálu) expanduje. Představit si s výškou se neměnící koronální smyčku sevřenou v magnetickém poli, které expanduje, je obtížné. Zjištěný rozpor komplikuje správné pochopení struktury koróny nad aktivními oblastmi. V minulosti se objevily pokusy o jeho vysvětlení započtením vlivů koronálních elektrických proudů, efektů dynamického tlaku nebo gravitačního rozvrstvení, bohužel však bez většího úspěchu.

Problém bude spíše v interpretaci pozorování. Pokud jsou pozorované smyčky složeny z jemnějších struktur, vláken pod úrovní dostupného prostorového rozlišení, tak by se tato drobná vlákna mohla rozšiřovat v souladu s expanzí magnetického pole ve výšce, a přesto by tento smotek navenek mohl zachovávat stejný průřez. Pečlivé analýzy provedené v minulosti však přesvědčivě ukazují, že přinejmenším zajímavá většina pozorovaných smyček je prostorově rozlišena. Jiné práce však poukazují na to, že průřez koronálními smyčkami nemusí mít kruhový tvar. Pokud je tento průřez spíše eliptický, snadno bylo by možné zdánlivou nerozpínavost smyček s výškou vysvětlit geometrickými úvahami. Numerické simulace předpovídají expanzní faktory magnetického pole v řádu několika desítek. To jsou zajímavá čísla, neboť to by zásadně měnilo termodynamické poměry ve smyčce. Expandující smyčky jsou náchylnější k nestabilitám a tepelné nerovnováze.

J. Dudík a jeho spolupracovníci prostudovali toto téma při rekonstrukci magnetického pole nad konkrétní aktivní oblastí na Slunci a porovnáním této rekonstrukce s pozorováním koronálních smyček v ultrafialové oblasti spektra. Nejprve bylo zapotřebí najít vhodnou aktivní oblast splňující velmi přísná kritéria. Splnění omezujících kritérií opravňuje zjednodušenou rekonstrukci magnetického pole v koróně, které jinak nelze přímo změřit. Vhodným kandidátem se stala NOAA 11482 z května 2012. Vešla se do zorného pole dalekohledu SOT na Hinode a současně pro ni byla k dispozici měření z přístrojů na SDO. Byla poblíž středu disku, bipolární a s vyvinutými skvrnami obou polarit. Autoři rekonstruovali (extrapolovali) fotosférický magnetogram této oblasti do koróny dvěma metodami, přičemž výsledky obou metody byly v zásadě konzistentní. V tomto poli pak trasovali spojnice opačně orientovaných magnetických polí (tedy magnetické siločáry), přičemž pro každou vytrasovanou siločáru vypočetli faktor expanze, fakticky poměr indukce magnetické pole v patách a na vrcholu dané smyčky.

V souladu s výsledky jiných prací autoři ukazují, že expanzní faktor má charakteristickou hodnotu asi 10 s velkým rozptylem (maximální spatřená hodnota byla kolem 80). Horizontálně zprůměrované expanzní faktory narůstají s výškou v atmosféře, což není příliš překvapivé. Zajímavější je však pohled na prostorové rozložení expanzního faktoru. Ukazuje se, že až do rozlišení daného hustotou výpočetní sítě jsou expanzní faktory vysoce strukturovány, kdy vedle sebe lze najít vlákna s vysokým i nízkým expanzním faktorem. Příčné řezy vlákny mají daleko od kruhového průřezu, v zásadě v souladu s již zmíněnou myšlenkou zploštělé smyčky. Popis J. Dudíka může přispět i k vysvětlení dalších nejasností v koróně aktivních oblastí. Závislost expanzního faktoru na výšce vysvětluje současnou přítomnost horkého „jádra“ koróny aktivní oblasti a chladné periférie. Na závěr dodejme, že předpovědi autorů lze snadno ověřit: jemná struktura koronálních smyček by měla být pozorovatelná přístroji s velmi vysokým rozlišením, např. přístrojem HiC.


Popiska obrázku: Magnetogram oblasti NOAA 11482 (nahoře), rekonstrukce koronálního magnetického pole (uprostřed) a skutečný vzhled koronálních smyček (dole).


Reference: Dudík, J. a kol., On the Area Expansion of Magnetic Flux Tubes in Solar Active Regions, Astrophysical Journal 796 (2014)arXiv:1409.6947

Kontakt: RNDr. Jaroslav Dudík, Ph. D., jaroslav.dudik@asu.cas.cz

Převzato z webu Astronomického ústavu AV ČR.

  Švanda Michal   Zobrazeno: 1765x   Tisk

Text podléhá autorskému zákonu a nesmí být bez vědomí autora šířen.