Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 18 – vyšlo 4. května, ročník 10 (2012) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

18/2012

Nejcitlivější sluneční observatoř SDO filmuje sluneční tornáda

Petr Kulhánek

O zcela výjimečné sluneční observatoři nové generace jsme informovali v AB 18/2010. Observatoř má jednoduchý název SDO (Solar Dynamics Orbiter) a létá nad našimi hlavami od února roku 2010. Letos jsme oslavili dvouleté výročí práce této mimořádné družice. Čtveřice dalekohledů o průměru 20 cm fotografuje Slunce na různých vlnových délkách každých 12 s. Dosud žádný přístroj nebyl schopen chrlit snímky s takovou frekvencí. Těsně po sobě jdoucí záběry umožňují vytvářet videosekvence časového vývoje nejrůznějších útvarů při povrchu Slunce se zcela mimořádným rozlišením. Takřka v přímém přenosu se můžeme dívat na vývoj protuberancí, erupcí, koronálních výronů látky i dalších rychlých dějů.

Logo observatoře SDO.

SDO – Solar Dynamics Observatory, americká sluneční observatoř, která startovala 11. února 2010. Dokáže pořídit snímek Slunce každých 12 sekund v rozlišení 4096×4096 pixelů. K základním přístrojům observatoře patří: AIA (Atmospheric Imaging Assembly) – čtveřice dalekohledů o průměru 20 cm s deseti filtry pro různé vlnové délky, HMI (Helioseismic and Magnetic Imager) – helioseismometr a magnetometr, EVE (EUV Variability Experiment) – detektor fluktuací extrémního ultrafialového záření. Observatoř je na geosynchronní orbitě Země. Slunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×106 km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×106 km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×106 K a zářivým výkonem 3,846×1026 W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. Sluneční cyklus – přibližně jedenáctiletý základní cyklus v životě Slunce. Během něho se periodicky mění počet slunečních skvrn i samotný sluneční výkon. Poprvé o něm pro nás napsal Heinrich Schwabe v roce 1843, i když objeven byl už v 70. letech 18. století Christianem Horrebowem, jehož práce ale bohužel zapadla. Švýcarský astronom Rudolf Wolf (1816–1893) dopočetl sluneční aktivitu zpětně až do poloviny 17. století a cyklus z let 1755 až 1766 označil jako první. V  prosinci roku 2019 Slunce podle tohoto značení zahájilo 25. cyklus činnosti. CME – Coronal Mass Ejection, výron sluneční koronální hmoty (s vmrznutým magnetickým polem) do meziplanetárního prostoru. K výronům CME dochází pravidelně, jejich četnost odpovídá sluneční aktivitě – v minimu dochází k CME přibližně jednou za den, v maximu dochází k CME až třikrát denně. Rychlé výrony CME se mohou dostat až do vzdálenějších oblastí Sluneční soustavy, takové putující plazmoidy se nazývají ICME (Interplanetary CME). Rentgenové vzplanutí – prudké uvolnění energie způsobené přepojením (rekonexí) magnetických silokřivek. Zahřáté plazma vyzařuje v celém spektru včetně rentgenového oboru. Rentgenová vzplanutí se klasifikují podle toku energie v intervalu vlnových délek 0,1 až 0,8 nm: třída B (< 10−6 W/m2); třída C (10−6 až 10−5 W/m2); třída M (10−5 až 10−4 W/m2); třída X (> 10−4 W/m2).

Rok první

Po celý první rok fungovala observatoř SDO bez jediného problému a od února 2010 pořizovala jeden snímek Slunce za druhým. Šlo o období, kdy se Slunce probouzelo z atypicky dlouhého klidu mezi 23. a 24. cyklem sluneční činnosti. Observatoř měla to štěstí, že zaznamenala rozvoj sluneční aktivity na počátku nového cyklu. K prvnímu výročí existence vydala americká NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. dvouminutový videoklip s nejlepšími pořízenými záběry a videosekvencemi. Úchvatné scenérie sluneční činnosti jsou natolik sugestivní, že nepotřebují žádný komentář. Vzhledem k rozlišení klipu 1280×780 pixelů doporučujeme si přehrávání přepnout do režimu na celou obrazovku.

Nejzajímavější videonahrávky sluneční činnosti z prvního roku existence sluneční observatoře SDO. V klipu se objevují v tomto pořadí: 1. Protuberance z 30. března 2010 (30,4 nm). 2. Boční výron látky z 14. února 2011 (17,1 m). 3. Protuberance z 25. února 2011 (30,4 nm). 4. Boční výron látky z 14. února 2011 (30,4 nm). 5. Spojující se sluneční skvrny z 24. až 28. října 2010 (kontinuum, přístroj HMI). 6. Aktivní oblast a protuberance z 30. dubna 2010 (30,4 nm). 7. Sluneční aktivita a smyčky plazmatuPlazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází elektricky nabité částice. Kladné a záporné náboje se navzájem kompenzují, takže celek je elektricky neutrální. Částice jsou schopné reagovat na elektrická a magne­tická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektric­ké­ho obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, jiskry, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách. Pro plazma jsou typické silně nelineární jevy a nestability. Přes 99 % atomární látky ve vesmíru je v plazmatickém skupenství. z 4. až 8. března 2011 (17,1 nm). 8. Proudící plazma z 19. dubna 2010 (30,4 nm). 9. Magnetogram aktivních oblastí z 10. března 2011. 10. Výron plazmového vlákna z 6. prosince 2010 (30,4 nm). 11. Vznik koronálního výronu hmoty (CMECME – Coronal Mass Ejection, výron sluneční koronální hmoty (s vmrznutým magnetickým polem) do meziplanetárního prostoru. K výronům CME dochází pravidelně, jejich četnost odpovídá sluneční aktivitě – v minimu dochází k CME přibližně jednou za den, v maximu dochází k CME až třikrát denně. Rychlé výrony CME se mohou dostat až do vzdálenějších oblastí Sluneční soustavy, takové putující plazmoidy se nazývají ICME (Interplanetary CME).) z 8. března 2011 (21,1 nm). 12. Rentgenové vzplanutí třídy X2 z 15. února 2011 (30,4 nm). (mp4/h264, 60 MB)

Rok druhý

Za první dva roky zaznamenala observatoř SDO přes 1 000 událostí na povrchu Slunce. Šlo o různé erupce, vzplanutí, protuberance, výrony koronální hmoty atd. V druhém roce činnosti přinesla čtveřice dvaceticentimetrových dalekohledů s filtry v deseti frekvenčních pásmech další strhující snímky sluneční látky divoce se zmítající ve sluneční atmosféře. Mohli jsme si prohlížet vzplanutí třídy X, spojování a růst aktivních oblastí i další zajímavé jevy. Sledování útvarů v různých vlnových délkách umožnilo monitorovat oblasti s různou teplotou plazmatu. Observatoř SDO snímkuje celé Slunce, a proto bylo možné spatřit, jak jsou magneticky provázány i velmi vzdálené oblasti sluneční látky. ElektronyElektron – první objevená elementární částice. Je stabilní. Hmotnost má 9,1×10⁻³¹ kg a elektrický náboj 1,6×10⁻¹⁹ C. Elektron objevil sir Joseph John Thomson v roce 1897. Existenci antičástice k elektronu (pozitron) teoreticky předpověděl Paul Dirac v roce 1928 a objevil Carl Anderson v roce 1932. kroužící kolem silokřivek magnetického pole září v ultrafialovém oboru. UV snímky proto umožnily studium topologie magnetických silokřivek včetně jejich rozvlnění Alfvénovými vlnami. Alfvénovy vlny se projevují jako vlající zprohýbané silokřivky magnetického pole podobné trávě vlnící se ve větru. Právě tyto vlny odnášejí energii z podpovrchových vrstev Slunce a zahřívají sluneční koronuKorona – atmosféra Slunce, v níž pohyb částic dominantně ovlivňuje gravitace a magnetické pole. Hranice mezi koronou a slunečním větrem se nazývá Alfvénův povrch. Teplota korony dosahuje až milionů stupňů Celsia, pravděpodobně je korona ohřívána rozpadem plazmových vln a lokálními rekonekcemi (přepojováním) magnetických siločar. K korona (kontinuum) je způsobena rozptylem slu­neč­ní­ho světla na volných elektronech. F korona (Fraunhoferova) je způsobena rozptylem slunečního světla na prachových částicích padajících z mezi­pla­ne­tár­ní­ho prostoru na Slunce, charakteristické jsou absorpční čáry. E korona (emisní) jsou emisní čáry způsobené přechody ve vysoce ionizovaných kovech. Tyto čáry jsou možné jen za vysokých teplot milionů kelvinů. na několik milionů stupňů Celsia. V roce 2011 observatoř SDO jako první pozorovala vypaření kometyKometa – těleso malých rozměrů obíhající kolem Slunce většinou po protažené eliptické dráze s periodou od několika let po tisíce roků. Při přiblížení ke Slunci se vypařuje část materiálu jádra a kometa vytváří komu a eventuálně ohon. Jde o pozůstatky materiálu z doby tvorby sluneční soustavy. Dnes se nacházejí v Oortově oblaku za hranicemi sluneční soustavy, ve vzdálenosti 20 000÷100 000 au. Některé komety pocházejí i z bližšího Kuiperova pásu. v atmosféře Slunce. Přístroj EVE, který je určený pro sledování fluktuací ultrafialového záření Slunce, detekoval u šestiny z 200 pozorovaných erupcí dosvit v ultrafialové oblasti, o jehož existenci se dosud nevědělo. K analýze pořízených magnetogramů byla v roce 2011 vyvinuta zcela nová technika jejich zpracování, která umožňuje vytvořit vektorový magnetogram (nese informaci nejenom o polaritě polí, ale i o jejich směru). Ukázalo se, že v době vzniku erupce se v okolí vířících skvrnSluneční skvrna – oblast na slunečním povrchu s intenzivní magnetickou aktivitou, díky které má nižší teplotu než okolí (méně než 5000 K). Jsou to viditelné projevy trubic magnetických toků v konvektivní zóně. Ačkoli jsou ve skutečnosti velmi jasné, v porovnání s okolím se jeví jako tmavé. V UV oboru jsou ale naopak světlejší než okolí. Někdy mají i 50 tisíc km v průměru. Vyskytují se většinou ve skupinách a můžeme je dělit podle toho, ke kterému konci magnetické silokřivky patří. Poprvé byly pozorovány v roce 1611. prudce mění vodorovná složka magnetického pole. K druhému výročí existence observatoře SDO připravila americká NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. opět přibližně dvouminutový výběr nejzajímavějších nahrávek pořízených observatoří.

Výběr nejzajímavějších nahrávek z druhého roku činnosti sluneční observatoře SDO. Sekvence v červené barvě odpovídají vlnové délce 30,4 nm, žlutozlaté sekvence vlnové délce 17,1 nm. Rostoucí sluneční skvrna byla nahrána přístrojem HMI (magnetometr a helioseismometr). (mp4, 86 MB)

Tornádo

Observatoř SDO nahrála dne 25. září 2011 obří vír slunečního plazmatuPlazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází elektricky nabité částice. Kladné a záporné náboje se navzájem kompenzují, takže celek je elektricky neutrální. Částice jsou schopné reagovat na elektrická a magne­tická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektric­ké­ho obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, jiskry, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách. Pro plazma jsou typické silně nelineární jevy a nestability. Přes 99 % atomární látky ve vesmíru je v plazmatickém skupenství., který rotoval nad povrchem Slunce. Rychlost víru v periferní oblasti dosahovala 300 000 km/h. Vír připomínal obří tornádo, jehož teplota byla kolem 2 milionů stupňů Celsia. Vír vzniknul z protuberance a po spirálovité dráze se zdvihnul do výšky 200 000 kilometrů nad slunečním povrchem. Jeho proudění bylo výrazně ovlivněno silným lokálním magnetickým polem. Je možné, že sluneční víry mohou být spouštěcím mechanizmem pro koronální výrony hmotyCME – Coronal Mass Ejection, výron sluneční koronální hmoty (s vmrznutým magnetickým polem) do meziplanetárního prostoru. K výronům CME dochází pravidelně, jejich četnost odpovídá sluneční aktivitě – v minimu dochází k CME přibližně jednou za den, v maximu dochází k CME až třikrát denně. Rychlé výrony CME se mohou dostat až do vzdálenějších oblastí Sluneční soustavy, takové putující plazmoidy se nazývají ICME (Interplanetary CME)., při kterých Slunce opustí shluk plazmatu a vydá se na cestu sluneční soustavou. Pokud zasáhne Zemi, může způsobit poruchy rozvodných a komunikačních sítí včetně výpadků polohovacího systému GPSGPS – globální polohovací systém, navigace pomocí družic umístěných na oběžné dráze Země. Oficiální název je NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System). Systém je vyvíjen 30 let a v roce 2007 byla na oběžné dráze umístěna již čtvrtá generace polohovacích družic.. Tou příjemnější částí je vznik velkolepých polárních září. Za dva roky činnosti observatoř SDO stala vynikajícím pomocníkem slunečních fyziků a umožnila lepší pochopení dějů probíhajících na naší nejbližší hvězdě – Slunci.

Sluneční tornádo nafilmované observatoří SDO dne 25. září 2011. (mp4/h264, 12 MB)

Odkazy