Wiatr słoneczny i spikule – tajemnica Słońca poznana

10 lat prac i symulacja działająca przez rok na superkomputerze NASA pozwoliły odpowiedzieć na pytania: skąd biorą się pokrywające Słońce strugi materii, jak dzięki nim nagrzewa się atmosfera gwiazdy i jak powstaje wiatr słoneczny. Za swoje wysiłki, badacze otrzymali Medal Arctowskiego.

Opublikowane na łamach „Science” odkrycie należy do zespołu naukowców z Uniwersytetu w Oslo, Lockheed Martin i Bay Area Environmental Research Institute w kalifornijskiej Sonomie. Jak wyjaśniają autorzy pracy, w każdej chwili z powierzchni Słońca eksploduje 10 milionów strumieni materii, które z prędkością 100 km/s ulatują na wysokość 10 tys. km, aby po ok. 10 minutach się zapaść. Twory te zwane bryzgami chromosferycznymi lub spikulami nieustannie, na kształt trawy pokrywają powierzchnię gwiazdy.

Międzynarodowy zespół naukowców od dekady próbował stworzyć komputerowy model spikuli, który pozwoli je zrozumieć. Przyczyna wcześniejszych porażek leżała w ważnym uproszczeniu modelu – badacze traktowali atmosferę Słońca, jako całkowicie zjonizowaną plazmę, czyli składającą się wyłącznie z naładowanych cząstek. Dopiero zainspirowani jonosferą Ziemi, w której za różnorodne, dynamiczne procesy odpowiadają cząstki obojętne elektrycznie, naukowcy dodali je do swojej symulacji.

Jak tłumaczą badacze, ciągłe ruchy konwekcyjne tworzą w Słońcu pewnego rodzaju wyspy zaplątanych pól magnetycznych, które unoszą się do dolnych warstw atmosfery gwiazdy, po czym gwałtownie wracają do wcześniejszego stanu. Uwalniają przy tym plazmę i energię, z których powstają spikule. Jak się okazuje, obojętne cząstki nadają polom magnetycznym naturalną „wyporność”, dzięki której wznoszą się do chromosfery. Tam w postaci spikuli wyrzucają plazmę i energię. Dodatkowo tarcie między jonami i neutralnymi cząstkami jeszcze bardziej podgrzewa plazmę w spikulach i wokół nich.

„W modelu z samymi naładowanymi cząstkami, pola magnetyczne były unieruchomione i nie mogły wznieść ponad powierzchnię Słońca. Kiedy dodaliśmy cząstki neutralne, pola magnetyczne mogły poruszać się bardziej swobodnie” – wyjaśnia jeden z autorów symulacji dr Juan Martínez-Sykora.

Dodanie neutralnych cząstek miało jednak swoje koszty. Wymagania odnośnie mocy obliczeniowej gwałtownie wzrosły, przez co symulacja uruchomiona na superkomputerze Pleiades w NASA Ames Research Center musiała działać aż przez rok.

Program dostarczył jednak także innych rewelacji. Okazuje się, że opisane zjawiska generują na Słońcu fale Alfvéna – silne fale magnetyczne, które jak się uważa, odpowiadają za rozgrzewanie atmosfery gwiazdy i napędzają wiatr słoneczny. „Model ten odpowiada na wiele pytań, które mieliśmy przez tak wiele lat” – mówi jeden z autorów pracy dr Bart De Pontieu.

Dwóch badaczy z Uniwersytetu w Oslo – prof. Mats Carlsson i prof. Viggo H. Hansteen – za swoje długoletnie wysiłki nagrodzono Medalem Arctowskiego przyznawanym przez amerykańską Narodową Akademię Nauk. (PAP)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *