2017.05.16. - Napviharok a semmiből?

Egy kutatócsoport új számítógépes modell segítségével vizsgálta meg a Nap legkülső tartományából származó, de az eddig alkalmazott módszerekkel nem előrejelezhető rejtélyes anyagkidobódások hátterét.

Napunk ritka, forró gázból álló külső tartományából, a napkoronából rendszeres időközönként dobódnak ki kisebb-nagyobb, nagy sebességű töltött részecskékből álló anyagcsomók (coronal mass ejection, CME). Ezen "napviharok"" egy része Földünk irányába haladva elérheti bolygónkat, ahol az azt óvó mágneses térrel kölcsönhatva általában csak látványos sarkifény-jelenségekhez vezetnek, ugyanakkor egy-egy nagyobb mértékű energiafelszabadulásból származó napvihar akár komolyabb károkat is okozhat(na) a Föld körül keringő műholdak elektronikai rendszereiben, vagy a földfelszíni elektromos hálózatokban.

A koronaanyag-kidobódások előrejelzése éppen ezért különösen fontos dolog. Ezt elősegíti, hogy ezeket az eseményeket általában ún. napflerek előzik meg: központi csillagunk ilyenkor a mágneses aktivitásból eredő hirtelen energiafelszabadulás miatt rövid idő alatt nagymértékben felfényesedik. Ezek a felfényesedések leginkább a nagyenergiájú hullámhossz-tartományokban (ultraibolya, röntgen) érzékelhetők, így a napot folyamatosan vizsgáló űrszondák (pl. a SOHO, az SDO, vagy a STEREO A és B ikerszondák) képesek detektálni ezeket az előjeleket. Egy ténylegesen komoly mértékű CME-t megelőző, extrém energiájú fler azonnali észlelése egyfajta vészjelzésként szolgálhat számunkra: azalatt a néhány óra alatt, amíg a 3-4000 km/s átlagos sebességgel terjedő anyagkidobódás eléri Földünk térségét, elvileg van lehetőség a műholdak és egyéb berendezések biztonsági üzemmódba állítására, ami adott esetben akár sok százmillió dolláros kártól is megkímélheti az emberiséget.

A kutatók érdeklődését többek között ezért is keltették fel azok a CME-k, amelyekhez látszólag sem flerek, sem egyéb, a mágneses aktivitás észlelhető formái nem kötődnek, így adott esetben az előrejelzésük sem lehetséges. Bár ezek a "lopakodó" CME-k az átlagos anyagkidobódásoknál kisebb energiájúnak tűnnek (átlagos sebességük csak mintegy ötöde a fentebb említett értéknek), kisebb károkat azért így is tudnának okozni, ha észrevétlenül érnék el Földünk térségét. Egy nemzetközi kutatócsoport a kaliforniai Berkeley Egyetemen működő, de részben a NASA által is támogatott Space Sciences Laboratory szakembereinek vezetésével egy újonnan fejlesztett számítógépes modell segítségével vizsgálta meg a rejtélyes CME-k eredetét. Munkájuk során felhasználták többek között a SOHO és STEREO űrszondák adatait is, míg az elméleti vizsgálatok középpontjába a Nap mágneses terének, valamint ún. differenciális rotációjának kapcsolatát állították. (A Nap ugyanis nem merev testként forog: egyrészt az egyenlítői tartományában gyorsabban áramlik a felszínközeli anyag, mint a pólusok felé haladva, másrészt a különböző mélységű rétegek forgási sebességében is van eltérés).

Úgy tűnik, utóbbi lépés volt a kulcs egy lehetséges magyarázat megtalálásában. A szakemberek eredményei alapján a differenciális rotáció a Nap mágneses erővonalainak különböző mértékű megnyúlásához és összehúzódásához vezet, így az erővonalak egy része ezen hatás révén, mintegy két hetes időskálán feltekeredik, az érintett erővonalak mentén mozgó töltött részecskék pedig végül egy, az erővonalakból képződő mágneses "buborékba" kerülve kilökődnek a Napból. Ez a folyamat jóval kisebb energiafelszabadulással jár, mint a "hagyományos", először flerek kialakulását okozó mágneses erővonal-átkötődések, így magyarázza a "csendes" CME-k kialakulásának lehetőségét.

Részlet egy "csendes" CME kialakulásáról végzett szimulációból. A differenciális rotáció a Nap mágneses erővonalainak különböző mértékű megnyúlásához és összehúzódásához vezet, az erővonalak egy része ezen hatás révén feltekeredik, az érintett erővonalak (fehér szín) mentén mozgó töltött részecskék pedig végül egy, az erővonalakból képződő mágneses "buborékba" kerülve kilökődnek a Napból. A Nap képét egy STEREO-felvételből illesztették a montázsba. A NASA oldalán a teljes animáció is megtekinthető.
[NASA’s Goddard Space Flight Center/ARMS/Joy Ng]

Ezek az eredmények egyúttal azt is jelzik, hogy a nagy teljesítményű számítógépekkel végzett szimulációk egyre fontosabb szerepet töltenek be a tudományos kutatások fejlődésében, kijelenthetjük, hogy mára gyakorlatilag nélkülözhetetlenné váltak.

Forrás:

• NASA News 2017.05.08.