Záhada horké sluneční koróny

Jedna z nejdéle odolávajících záhad sluneční fyziky je otázka, proč vnější vrstva sluneční atmosféry – koróna – má o několik miliónů stupňů vyšší teplotu než viditelný povrch Slunce (tzv. fotosféra). Nyní se astronomové domnívají, že objevili hlavní zdroj horkého plynu, který korónu zásobuje. Jedná se o výtrysky plazmy doslova vystřelující vzhůru z oblasti těsně nad povrchem Slunce.

„Velkou záhadou k vyřešení je otázka, proč je sluneční atmosféra teplejší než povrch Slunce,“ říká Scott McIntosh, sluneční fyzik na High Altitude Observatory of the National Center for Atmospheric Research (NCAR), Boulder, Colorado, který se rovněž podílel na tomto výzkumu.

„Na základě poznání, že tyto výtrysky dopravují zahřáté plazma do vnější atmosféry Slunce, můžeme získat mnohem lepší představu o těchto oblastech a možná zdokonalit naše znalosti o komplikovaném vlivu Slunce na vnější vrstvy atmosféry Země.“

Výzkum, jehož výsledky byly publikovány počátkem ledna 2011 v časopise Science, byl prováděn astronomy na Lockheed Martin's Solar and Astrophysics Laboratory (LMSAL), NCAR a University of Oslo. Byl podporován NASA a nadací National Science Foundation (NSF), která sponzoruje NCAR.

„Tato pozorování jsou významným krokem k pochopení pozorované teploty sluneční koróny,“ říká Rich Behnke z Division of Atmospheric and Geospace Sciences, NSF.

„Výzkum poskytl nový pohled na energii unikající ze Slunce a jiných hvězd. Výsledky jsou také důležitým příkladem možnosti vzájemné spolupráce mezi univerzitami, soukromým sektorem a státními institucemi a organizacemi.“

Výzkumný tým se zaměřil na výtrysky plazmy známé jako spikule, což jsou v podstatě jakési fontány plazmy (plamínky) vyvrhované vzhůru z prostoru v blízkosti povrchu Slunce směrem do vnější atmosféry.

Okraj Slunce není ani trochu ostrý a hladký. Při velkém zvětšení lze spatřit červené špičaté výtrysky, vystřelující jako plamínky hořící trávy. Nad fotosférou se nachází další vrstva atmosféry – chromosféra – která se zvedá do výšky asi 3 000 km. Je zakončena tzv. spikulemi – tenkými výtrysky plazmatu. Italský astronom Angelo Secchi je příznačně pojmenoval výrazem spikule (což latinsky znamená klásky). Jeden takový „klásek“ ovšem tvoří plyn vystřelený rychlostí 20 až 30 km/s do výšky téměř 15 000 km. Průměr tohoto proudu je asi 500 km. Přibližně po deseti minutách se tento proud rozplyne a uvolní místo dalším výtryskům. V každém okamžiku existuje po celém povrchu Slunce asi jeden milión spikulí.

V uplynulých několika desetiletích astronomové věřili, že spikule mohou přenášet teplo do sluneční koróny. Avšak výzkumné programy realizované v 80. letech minulého století vedly ke zjištění, že plazma ve spikulích nemůže dosáhnou tak vysoké teploty, a tak teorie upadla v zapomnění.

„Ohřev spikulí na teplotu několika miliónů stupňů nebyl nikdy přímo pozorován, takže jejich role při ohřevu koróny byla zamítnuta jako nepravděpodobná,“ vzpomíná Bart De Pontieu, vedoucí pracovník a sluneční fyzik na LMSAL.

V roce 2007 De Pontieu, McIntosh a jejich spolupracovníci identifikovali novou třídu spikulí, které se pohybovaly mnohem rychleji a měly kratší životnost než tradiční spikule. Tyto spikule „typu II“ doslova vystřelují vzhůru vysokou rychlostí, často převyšující 100 km/s předtím, než zaniknou. Rychlý zánik těchto výtrysků napovídá, že plazma, kterou unášejí vzhůru, může být velmi horká, avšak přímé pozorovací důkazy pro tento proces stále chybí.

Astronomové využili nová pozorování z přístroje Atmospheric Imaging Assembly (AIA) na nedávno vypuštěné sluneční družici NASA s názvem Solar Dynamics Observatory (SDO) a soubor detektorů NASA dalekohledu Solar Optical Telescope (SOT) na palubě japonské sluneční družice Hinode k ověření své hypotézy.

„Vysoké prostorové a časové rozlišení nejnovějších výzkumů bylo rozhodující pro odhalení tohoto doposud nepozorovaného zásobování koróny,“ říká Scott McIntosh. „Naše pozorování odhalila vůbec poprvé souvislost mezi plazmou, která je zahřátá na milióny stupňů a spikulemi, které dopravují tuto plazmu do koróny.“

V průběhu uplynulých několika desetiletí astronomové navrhovali širokou škálu teoretických modelů, avšak nedostatek detailních pozorování podstatně komplikoval pokrok v této oblasti výzkumu.

„Jedním z našich velkých úkolů je porozumět procesu, jak je urychlována a zahřívána hmota ve spikulích,“ říká De Pontieu. Klíčovým krokem bude podle De Pontieu lepší porozumění hraniční oblasti mezi viditelným povrchem Slunce – fotosférou – a korónou.

Připravované výzkumné mise NASA, jako je například družice IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph), jejíž start je plánován na prosinec 2012, poskytne astronomům velice přesná data o komplexu procesů a obrovském kontrastu hustoty hmoty, teploty a magnetických polí mezi fotosférou a korónou. Vědci doufají, že se jim podaří odhalit mnohem více podrobností o ohřevu spikulí a přenosu energie do koróny při pozorování v oboru ultrafialového záření.

Zdroj: http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=118338&org=NSF&from=news

autor: František Martinek