Óriási mágneses plazmapulzusok Napunk légkörében

Olvasási idő: 3 perc

Magyarország méretű örvények óriási mágneses plazmapulzusok gerjesztésében vesznek részt Napunk légkörében.

Erdélyi Róbert (ELTE és Sheffieldi Egyetem csillagászprofesszora) vezetésével egy nemzetközi kutatócsoport elsőként figyelte meg azokat a hatalmas mennyiségben előforduló, nagy energiájú, akár több Magyarország méretű plazmapulzusokat, amelyek energiát képesek szállítani a Nap felszínétől annak felsőbb légkörébe. Ez a napfizikában áttörőnek számító eredmény.

A csillagászok régóta sejtik, hogy a plazmákban előforduló mágneses hullámok kulcsszerepet játszanak a plazmaasztrofizika egyik mindmáig megoldatlan rejtélyének megfejtésében.

Nevezetesen: miért emelkedik a Nap legkörében a hőmérséklet akár több millió fokra, miközben egyre távolodunk a Nap felszínétől?

Ez olyan, mintha megmásznánk a Mátrát vagy a Himaláját, és a csúcson sokkal melegebb lenne, mint a hegy lábánál.

Számos kiváló elmélet született a rejtély megoldására (beleértve a plazmák mágneses hullámokkal történő felfűtését). Ám az elméletek egyértelmű, csillagászati megfigyelésekkel történő igazolása mindmáig váratott magára. A kutatók új módszerekkel hatalmas mennyiségben észlelték a Nobel-díjas Hannes Olof Gösta Alfvénről elnevezett, nagy energiájú és egyedi tulajdonságokkal rendelkező plazmahullám-pulzusokat a Nap légkörében.

Úgy tűnik, hogy a rövid életű Alfvén-pulzusokat a Nap fotoszférájában sűrűn előforduló, több magyarországnyi méretű plazmaörvények keltik. A kutatók szerint minden egyes pillanatban legalább 150 000 ilyen mágneses plazmaörvény található a Nap felszínén.

Az örvénylő mozgások mindenhol megjelennek az Univerzumban

A háztartási csapokban lefolyó vízre jellemző néhány centiméteres méretűektől kezdve a Földön és a Napon előforduló tornádókon, valamint a Nap plazmakilövellésein keresztül a spirálgalaxisok akár 520 000 fényéves nagyságrendjéig. A mostani kutatás első alkalommal szolgáltatott megfigyeléses bizonyítékot arra, hogy a naplégkörben mindenütt jelenlévő örvények rövid életű Alfvén-pulzusokat képesek kelteni. Az így létrejövő Alfvén-pulzusok a hengerszerű mágneses fluxuscsövek mentén könnyedén áthaladnak a Nap légkörén. A mágneses jelenségeknek ez a fajtája egy kicsit az erdőben sorakozó fákra emlékeztet. A pulzusok ily módon egészen a kromoszféra (a fotoszféra feletti rétege a Nap légkörének) tetejéig vagy akár még feljebb juthatnak a Nap koronájába. Itt leadhatják energiájukat, ezzel fűtve a mágneses plazmát több millió fokos hőmérsékletre.

A Liu és mtsai (Nature Communications, 10:3504, 2019) által közölt cikkhez tartozó kiegészítő anyagban szereplő modell illusztrációja. A szürke henger egy mágneses fluxuscsövet jelenít meg, a zöld vonalak pedig a mágneses tér erővonalait jelölik. Az erővonalak lilára színezett szakaszai a fluxuscsőben haladó Alfvén-pulzus helyét emelik ki. A középen látható korong különböző színei a plazma eltérő helyi sűrűségét jelenítik meg. Az ábra azt mutatja be, hogyan jelenik meg egy mágneses Alfvén plazmapulzus a megfigyelt kromoszférikus örvények formájában. Az ábra animált változata online elérhető. Forrás: Liu és mtsai, Nature Communications, 10:3504, 2019

Az Alfvén-hullámok közvetlen észlelése jelenleg komoly kihívást jelent, ugyanis e hullámok a mágneses plazmában történő terjedésük során nem okoznak lokális fényességnövekedést vagy -csökkenést. A megfigyelések során igen nehéz őket megkülönböztetni a plazmahullámok néhány másik típusától, így például a jól ismert transzverzális mágneses plazmahullámoktól, melyeket gyakran hajlítási módusoknak is neveznek.

Becslések szerint az észlelt Alfvén-pulzusok által szállított energiafluxus több mint tízszer akkora,

mint ami a Nap felső kromoszférájának helyi fűtéséhez szükséges. A kromoszféra egy viszonylag vékony réteg a napfelszín és az elképesztően forró napkorona között. Ezt napfogyatkozások idején a Napot körülölelő pirosas-rózsaszínes gyűrűként lehet megfigyelni.

A pulzusok ily módon egészen a kromoszféra (a fotoszféra feletti rétege a Nap légkörének) tetejéig vagy akár még feljebb juthatnak a Nap koronájába. — A Nap fotoszférájában és kromoszférájában megfigyelt örvények közötti, Alfvén-pulzusok általi kapcsolat illusztrációja. A fotoszférát és a kromoszférát megjelenítő felvételeket a Hinode műhold készítette, míg a köztük futó színes vonalak a jelenlévő mágneses teret ábrázolják, a Sheffield Advanced Code (SAC) használatával készült valósághű numerikus szimulációkra alapulva. A piros és kék „pöttyök” a kutatók által kifejlesztett Automatikus Örvényészlelő Algoritmus (Automated Swirl Detection Algorithm (ASDA)) által azonosított örvényeket jelenítik meg. Forrás: Liu és mtsai, Nature Communications, 10:3504, 2019

Erdélyi Róbert professzor szerint a tudományos közösséget régóta foglalkoztatja az az izgalmas kérdés, hogyan látja el felső légkörét a Nap és sok más csillag energiával és tömeggel.

„Eredményeink az egyik vezető kínai egyetemmel folytatott izgalmas együttműködés gyümölcsei. Mely többek közt olyan, a pályakezdő tudósok legjobbjai közé tartozó kutatók részvételével is folyik, mint Jiajia Liu, Chris Nelson és Ben Snow. Kutatásunk fontos előrelépés a szoláris és asztrofizikai plazmafűtéshez szükséges nem termikus energia forrásának vizsgálatában.”

A tudósok úgy vélik, ezek a Nap fotoszférájában talált több-magyarországnyi vagy akár még nagyobb plazmaörvények ígéretes jelöltek nemcsak a naplégkör alsó és felső rétegei közötti energia-, hanem egyúttal a Nap légkörét uraló plazmatömeg-szállítás kérdésének megoldására is. Erdélyi Róbert munkatársaival együtt a jövőben erre a rejtélyre fognak összpontosítani kutatásuk során.

Forrás: Nature