A Nap közelébe merészkedik egy űrszonda

A tudósok egy lépéssel közelebb jutottak annak az évtizedes rejtély megfejtéséhez, hogy mi fűti és gyorsítja fel a napszelet. Az eredmény a magfúziós energiatermelés kutatóinak érdeklődését is felkeltette.

A napszél a forró gáz Napból kiinduló gyors áramlása, sebessége elérheti a kétmillió km/órát. Főként hidrogén- és héliumionokból áll, de a keveréket nehezebb elemek ionjai is "fűszerezik". A napszél tulajdonképpen a Nap anyagának, a plazmának a "kigőzölgése", ám míg a forró vízgőz lelassul és lehűl, a Nap felszínét elhagyó gáz a napkoronán, a Nap légkörének legfelső részén áthaladva háromszorosára gyorsul, sőt a bolygóközi térben valami még tovább melegíti. Ezt a "valamit" keresik évtizedek óta a kutatók, köztük Adam Szabo, a NASA Goddard Űrközpont munkatársa. A NASA Wind űrszondájának mérései alapján sikerült a lehetőségeket leszűkíteni.

A Wind szondát 1994 végén indították, azóta a Nap és a Föld közötti gravitációsan stabil, a Nap körül a Földdel együtt keringő Lagrange-pont (L1) környékéről figyeli a napszelet. Fő feladatai a plazma, a nagy energiájú részecskék és a mágneses tér folyamatos megfigyelése, a földi magnetoszféra és a bolygóközi tér közötti kölcsönhatás vizsgálata és a napszélben a Föld közelében végbemenő plazmafizikai folyamatok követése. Az űreszköz közel két évtizede folyamatosan működik, üzemanyagával akár még évtizedekig az L1 pont környékén tudja tartani magát. Mérései alapján már kétezernél több tudományos közlemény született. A Wind tudományos programvezetője a már említett Adam Szabo.

A Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ kutatói Justin Kasper vezetésével 19 évre visszamenően feldolgozták a Wind szondának a napszél hőmérsékletére és a mágneses tér erősségére és energiájára vonatkozó mérési eredményeit. Magyarázatuk szerint a napszél fűtését az úgynevezett ionciklotron-hullámok végzik.

Fantáziarajz a napfizikai méréseket végző Wind űrszondáról. A rajz torzít, a valóságban a szonda a Napot a Földdel összekötő egyenes mentén tartózkodik. A kis képen a szonda egyes mérési eredményei láthatók (magyarázat a szövegben). Forrás: NASA

Az ionciklotron hullámok olyan protonáramlások, amelyek a Nap mágneses erővonalai mentén köröznek. Az elmélet szerint az ionciklotron-hullámok a Napból erednek és a napszéllel együtt haladnak kifelé, miközben a napszél anyagát több millió fokra fűtik, és több millió km/ó sebességre gyorsítják.

Űrszondák méréseiből tudjuk, hogy a napszél több száz kilométeres másodpercenkénti sebességgel áramlik ki a Napból. A gáz a napkoronában jelentősen felgyorsul. A napszél sebessége időben jelentős változásokat mutat, napkitörések idején az ábrán látható átlagérték többszörösére is nőhet. Forrás: NASA

A NASA híradása szerint az ionciklotron-hullámok a napszél néhány további, furcsa tulajdonságára is magyarázatot adnak. A napszél különböző összetevői - a hidrogén, a hélium és a nehezebb ionok - nem azonos sebességgel áramlanak: a józan észnek ellentmondóan a nehezebb ionok gyorsabban, a könnyebbek lassabban mozognak. Az egyes összetevők hőmérséklete is eltérő, ráadásul a hőmérséklet az iránytól függően is változik. Az ionciklotron elmélet erre is magyarázatot ad, eszerint ugyanis a nehezebb elemek rezonálnak a hullámokkal, ezért több energiát tudnak menet közben átvenni azoktól, mint a könnyebb ionok.

A mechanizmus a magfúzió kutatóinak érdeklődését is felkeltette. A fúziós kísérletek legnagyobb problémája, hogy a plazmába szennyeződésként bekerülő nehezebb elemek hősugárzása lehűti a plazmát, megakadályozva a magfúzió létrejöttét. Elképzelhető, hogy az ionciklotron hullámok felhasználhatók lesznek a folyamat megfordítására, a plazmába kerülő nehezebb ionok eltávolítására vagy fűtésére, ezáltal visszaállítva a forró plazma fúzióhoz szükséges hőmérsékleti egyensúlyát.

Fantáziarajz a Napot megközelítő Solar Probe Plus űrszondáról Forrás: NASA

A kutatás napfizikai részének folytatása és az eredmények ellenőrzése a NASA 2018-ban induló Solar Probe Plus űrszondájától várható. A szonda a tervek szerint 24-szer kerüli meg a Napot. Időnként megközelíti a Vénuszt, a bolygó gravitációs lendítő hatására 2018 és 2024 között egyre közelebb kerül csillagunkhoz. A küldetés végén már csak 6 millió km-re jár a Naptól (tehát 25-ször közelebb, mint a Föld). Ekkor a Nap felé forduló burkolata 2000 °C-ra forrósodik fel, a belsejében dolgozó műszerek azonban szobahőmérsékletűek maradnak. Ha kibírja a pokoli körülményeket, akkor a szonda többek közt az ionciklotron fűtés elméletét is ellenőrizni tudja majd, továbbá megvizsgálja, hogy a feltételezett mechanizmus a Nap közelében is hasonlóan működik-e.