K základům kosmického počasí – magnetické rekonexi

Autor primárního článku:  Karen C. Fox, NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.y
Publikováno:  15. 7. 2013
Zdroj: Odkaz na zdrojový článek.

Vědci chtějí lépe pochopit procesy, které jsou klíčem k spolehlivějším predikcím a včasnému varování před takovým kosmickým počasím, které může mít za následek poškození družic v blízkosti Země a případně narušení rádiové komunikace. Jedním z důvodů proč je tak těžké studovat tyto procesy je skutečnost, že magnetická rekonexe nemůže být sledována přímo, jelikož magnetická pole nejsou přímo viditelná. Místo toho, vědci používají kombinaci počítačového modelování a omezený soubor pozorování případů magnetické rekonexe, ve snaze pochopit jak proces probíhá.

„Vědci se stále snaží pochopit jak magnetická rekonexe vyvolává erupce,“ říká Yang Su, sluneční fyzik z Univerzity v Grazu (Rakousko). „Máme mnoho střípků skládanky, ale obraz ještě není kompletní.“

Právě Su nyní doplnil a zpřesnil naše představy. Když prohledával napozorovaná data ze sondy NASA nesoucí zkratku SDO (Solar Dynamics Observatory), narazil na obzvlášť zajímavá pozorování: přímé snímky magnetické rekonexe ve sluneční atmosféře. Su a jeho kolegové referovali o svých výsledcích v časopise Nature Physics (ze dne 14. července 2013). Zatímco několik nepříliš vydařených snímků procesu magnetické rekonexe již bylo publikováno, tato práce jako první poskytuje úplný soubor dat, které mohou omezit a zlepšit modely těchto fundamentálních procesů na Slunci.

Siločáry magnetického pole jsou samy o sobě vskutku neviditelné, ale přítomné magnetické pole nutí nabité částice (tedy látku označovanou jako plazma, z níž je Slunce tvořeno) pohybovat se podél magnetických siločar. Kosmické dalekohledy tak mohou sledovat materiál pozorovatelný v podobě jasných smyček a oblouků klenoucích se ve sluneční atmosféře, a díky tomu mapovat přítomnost siločar magnetických polí. Sledováním série těchto snímků, Su spatřil dva svazky magnetických polí pohybujících se směrem k sobě, které krátce po setkání vytvořily útvar v podobě písmene „X“ a pak se jedna část nově propojených magnetických polí prudce pohybovala směrem do kosmického prostoru, druhá směrem ke Slunci.

„Často je opravdu složité z jednotlivých pořízených snímků říci, co se opravdu stalo v trojrozměrném prostoru, protože samotné snímky jsou jen dvojrozměrné,“ říká Gordon Holman, sluneční fyzik NASA z Goddard Space Flight Center v Greenbeltu (Maryland), který je spoluautorem zmíněného článku. „Ale jestliže se díváme dostatečně dlouho a využijeme také data z ostatních přístrojů, můžeme docela dobře popsat co se ve skutečnosti děje.“

Pro potvrzení co vlastně vědci pozorovali, využili vědci druhý satelit NASA známý pod zkratkou RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager). RHESSI pořizuje spektrogramy, takový typ dat, které mohou ukázat, kde se nachází výjimečně horký materiál přítomný v každém případu rekonexe. Pozorování z RHESSI ukázaly horké kapsy slunečního plazmatu formující se nad a pod místem rekonexe, vytvářející typické struktury. Kombinací dat ze sond SDO a RHESSI, byli vědci schopni popsat procesy, které pozorovali, čímž do značné míry potvrdily předchozí modely a teorie, ale navíc odhalují nové, trojrozměrné aspekty tohoto procesu.

Kombinace a překrytí dat ze dvou sond NASA potvrzuje pozorování magnetické rekonexe na Slunci. Proces přeskupení magnetických polí, které leží v samém zdroji kosmického počasí. Soubor snímků z SDO ukazuje tvary siločar magnetického pole ve sluneční atmosféře. Zdroj: NASA/SDO/RHESSI/Goddard

Pod povrchem Slunce, doslova teče elektricky nabitý materiál, plazma. Magnetické smyčky se vynořují z pod povrchu a vytvářejí oblasti například s kladnou polaritou, pak se pod povrch zanořují v místech se zápornou magnetickou polaritou. Arkády smyček klenoucích se nad Sluncem vycházejí z jedné polarity a zanořují se do druhé. Hmota Slunce pod povrchem je však v neustálém pohybu, a tak kladné a záporné póly se mohou pohybovat každý samostatně, obdobně jako tektonické desky na Zemi, které se pohybují každá vůči ostatním, avšak materiál Slunce je tvořen z horkého plynu nikoliv skály jako u Země. Tento proces zesiluje magnetická pole, způsobuje jejich zamotávání, rotaci a tak se stávají méně stabilními. Všechny tyto dynamické procesy, pohyby, rotace nebo střih, dodávají do jejich systému magnetických polí více energie. Svazek magnetických siločar se různě zamotává, obdobně jako když zamotáváte svazek gumiček před tím, než je uvolníte. Systémy siločár magnetického pole v podobě oblouků se vůči sobě pohybují, dotýkají se a pak dochází k rekonexi, při níž se náhle uvolňuje velké množství energie uložené v magnetických polích, emituje se záření a urychlují se energetických částic do okolního kosmického prostoru.

Na videosekvenci z SDO, jsou viditelné zářící arkády smyček, které se v podélném směru setkají. Zářící smyčky se do místa rekonexe přibližují z obou stran. Jakmile se siločáry magnetického pole rekonfigurují, nově vytvořené magnetické smyčky jsou urychleny směrem dolů, zatímco svazek plazmatu byl oddělen a vyvržen nahoru. V určitých případech, dosahují tyto systémy únikových rychlostí. Pak hovoříme o ejekci koronální hmoty, vynášející miliardy tun materiálu do okolního prostoru.

„Toto je poprvé, co jsme mohli kompletně vidět detailní struktury tohoto procesu, protože máme k dispozici vysoce kvalitní data z SDO,“ uvedl Su. „Pozorovací data potvrzují stávající celkový pohled na rekonexi.“
Su uvádí, že díky těmto snímkům budou schopni vytvořit odhady, jak rychle dochází k magnetické rekonexi, stejně jako informaci o tom, jaké množství materiálu do procesu vstupuje a jaké vystupuje. Takové informace mohou být zapracovány do modelů magnetických rekonexí napomáhajících zlepšit naše teoretické znalosti a představy o těchto procesech.

Když se siločáry magnetického pole na Slunci společně setkají, může dojít k jejich propojení do nové konfigurace. Tento proces označovaný jako magnetická rekonexe, může produkovat obrovské množství energie, zdroj gigantických explozí ve sluneční atmosféře. Zdroj: NASA Goddard
 

Vědci se chtějí o procesech magnetické rekonexe dovědět více nejen pro to, že k nim dochází na Slunci, ale hlavně proto, že se jedná o univerzální proces, který se vyskytuje v blízkosti Země, v jeho magnetickém obalu, magnetosféře, i v okolí hvězd. Protože je opravdu obtížné pozorovat tyto procesy na Slunci, stejně jako vytvořit a studovat tyto procesy v laboratoři, vědci plánují získat detailnější pohledy na magnetické rekonexe přímo ve vesmíru. Ke studiu magnetických rekonexí v mnohem větších detailech vypustí NASA snad koncem roku 2014 sondu MMS (Magnetospheric Multiscale). MMS je tvořena čtyřmi družicemi, které budou obíhat kolem Země a prolétat místy magnetické rekonexe, ke které v zemské magnetosféře dochází. Materiály získané z mnoha sond SDO, RHESSI, MMS a dalších také souvisejí s požadavkem, aby byli vědci schopni lépe pochopit základní a počáteční proces utvářející kosmické počasí, se kterým se v okolí Země setkáváme.

Tyto výsledky byly získány díky společnému výzkumnému projektu Evropské komise a NASA s názvem HESPE (High Energy Solar Physics Data in Europe).