Megfejtették a Nap nagy rejtélyét

A NASA kutatói egy rakétára szerelt, minden eddiginél érzékenyebb távcsővel sok évtizedes rejtélyt oldottak meg. Megfigyeléseikkel bizonyítékot találtak arra, hogyan tudja a Nap hatezer fokos felszíne a fölötte lévő gázt egymillió fokosra forrósítani.

A napkorona nemcsak rendkívüli forrósága miatt különleges, hanem azért is, mert a koronából indulnak a napszél nagyenergiájú hullámai, amelyek kozmikus viharokat okozhatnak a Föld térségében. A megfigyelésekhez kedvező alkalmat kínált a 2013-as maximuma felé közeledő naptevékenység magas szintje. A rakétára erősített távcsővel a Nap légkörében 150 kilométeres részleteket tudtak megfigyelni néhány percig. A mágneses térben az erővonalak mentén mozgó gázban egymásba fonódó hurkokat figyeltek meg.

A filmen kivehetők az egymásba fonódó hurkok és a közöttük kialakuló gázáramlás

A NASA nagyfelbontású napkorona képalkotó távcsövét (Hi-C, High Resolution Coronal Imager) tavaly júliusban az új-mexikói White Sands rakétakísérleti telepről rakétával emelték szuborbitális magasságba (azaz a műszer nem állt Föld körüli pályára, bár elért legnagyobb magassága 264 km volt, ami már az alacsony műholdpályáknak felel meg). A magasba emelt 230 kg hasznos teher legnagyobb részét a 24 cm átmérőjű tükörrel felszerelt, 3 méter hosszú távcső tette ki. A repülés 10 percig tartott, ebből bő 5 perc volt a megfigyelésekre fordítható hasznos repülési idő. A napkorona egy előre kiszemelt, aktív területéről 5 másodpercenként készített nagyfelbontású felvételeken jól követhető a mágneses tér fejlődése és a hullámokban végbemenő energialeadás.

A Hi-C naptávcső 24 cm átmérőjű, fúrt (Cassegrain-rendszerű) főtükre szerelés közben a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai központ szerelőpadján. A tükör mögötti hengeres tartályban helyezkednek el a képalkotó detektorok. NASA

A Hi-C távcsöve körülbelül ötször olyan jó felbontású, mint a NASA 2010-ben indított Solar Dynamics Observatory (SDO) napmegfigyelő műholdjának képalkotó rendszere. A berendezések jól kiegészítik egymást, mert az SDO folyamatos megfigyelései segítettek kiválasztani a pár percig tartó mérés során nagyobb felbontással, tüzetesebben szemügyre veendő, legizgalmasabb aktív területet. Ugyanakkor a rakétás megfigyelések olcsók, a Hi-C küldetést 5 millió dolláros költségvetésből valósították meg (szemben az SDO 5 évre tervezett küldetésének 800 millió dollárt meghaladó költségével). Mindkét berendezés a távoli ibolyántúli színképtartományban vizsgálta/vizsgálja a Napot.

A Hi-C, rakétára szerelt műszerrel minden korábbinál részletgazdagabb képeket sikerült készíteni a Nap egyik aktív vidékéről. A kép felbontása 0,2 ívmásodperc (ekkora egy pénzérme 15 km távolságból!), ami a Nap légkörében 150 km-es részleteknek felel meg. A bal felső kis kép a részletesen vizsgált terület elhelyezkedését mutatja a napkorongon. A felső kisebb képen a sötétebb, tekergőző gázáramlás egy úgynevezett filamentum. A bal oldali kis képek közül a felülről második a gázfonatokat mutatja, alatta egy fler megjelenése, illetve a mágneses tér finom szerkezetű hurkai láthatók. NASA

A Hi-C annak köszönheti kiváló felbontóképességét, hogy főtükrének megmunkálása során több új, innovatív eljárást is alkalmaztak, mind a csiszolás, mint a polírozás során. Különös gonddal ügyeltek arra, hogy a tükör a távcsőbe szereléskor se torzuljon, így elérték, hogy a tükör felületének az ideális paraboloid felülettől való eltérése sehol sem haladja meg a néhány tized nanométert (vagyis a megfigyeléshez használt hullámhossz kb. tizedét). A távcső optikáját a NASA Marshall Űrközpont és a Smithsonian Asztrofizikai Obszervatórium mérnökei közösen készítették. A távcsőhöz a leheletvékony szűrőket a moszkvai Lebegyev Fizikai Intézetben készítették.

Küldetése teljesítése után a Hi-C naptávcső ejtőernyővel ereszkedett le az új-mexikói sivatagba. NASA

A plazmafizika alapvető jelensége az úgynevezett mágneses befagyás. Ez azt jelenti, hogy a Nap anyagában, a plazmában a gáz csak a mágneses erővonalak mentén tud elmozdulni. Minél erősebb a mágneses tér, annál inkább erre kényszerül a gáz. Ezért a mágneses tér és a gáz dinamikája szorosan összefügg egymással. A képeken ugyan a gáz látszik, de alakzatai pontosan kirajzolják a mágneses tér szerkezetét. A Hi-C felvételeiből összeállított, pár másodperces filmen sejthetők a fonattá összeolvadó hurkok (amelyek gázhurkokként látszanak, de a mondottak szerint a mágneses tér hurkainak felelnek meg). A fonat alján számos hurok figyelhető meg. Ezek idővel kiegyenesednek, amit a gáz erőteljes kifelé áramlása kísér. Úgy tűnik, hogy az idő múlásával maga az összetekeredett fonat is kisimul.

A White Sands rakétakísérleti telep (Új-Mexikó, USA) szabadtéri múzeuma és látogatói központja WSMR-history.org

Gene Parker amerikai napfizikus már 1983-ban felvetette, hogy a mágneses erővonalak megcsavarodása és összefonódása lehet a koronafűtés energiaforrása, ami egyúttal biztosíthatja a napkitörések (flerek) és a korona anyagkilövelléseinek energiáját is. Most először sikerült közvetlen megfigyelésekkel igazolni, hogy a Parker által feltételezett mechanizmus valóban működik a Nap légkörében. A jelenség a napszél keletkezésével és változásaival is összefüggésben állhat.

A Solar Dynamics Observatory legalább öt évig tartó küldetése keretében már három éve folyamatosan követi a Nap viharos jelenségeit. A naptevékenység 2013-ra várható maximuma felé közeledve a foltcsoportok és a hozzájuk kapcsolódó aktív területek egyre sokasodnak. A bemutatott felvétel 2013. január 27-én 17,1 nm hullámhosszon, a távoli ibolyántúli színképtartományban készült. NASA

Nemcsak a Napnak, hanem a csillagok többségének is van mágneses tere. A Nap működésének vizsgálata segít megérteni a mágneses térrel rendelkező csillagok fejlődését. Magyarázatot ad a Napon és sok más csillagon egyaránt megfigyelhető kitörések, az úgynevezett flerek lefolyására. Ami pedig a legfontosabb, a Nap működésének megértése hozzásegít a pontosabb űridőjárási előrejelzések készítéséhez. Az űridőjárás a naptevékenység, elsősorban a napkitörések hatásának vizsgálata a Föld környezetében. A földi mágneses térben, az ionoszférában és a magnetoszférában a nagyon erős napkitörések hatására fellépő változások veszélyt jelentenek az érzékeny elektronikus berendezések működésére, legyenek azok akár műholdak fedélzetén, akár a Föld felszínén.