Družice SDO pozorovala velké sluneční tornádo

Úvod

Zprávy o rotaci či tornádům podobnému chování slunečních protuberancí a/nebo jejich spojení s koronálními dutinami se objevují téměř století. Jednalo se o pozemní pozorování rotačních vírů uvnitř protuberancí [5,3], spektroskopické důkazy o rotaci filamentů [4], tornádům podobné výtrysky uvnitř protuberancí a rotace koronálních dutin kolem protuberancí [8]. Družice SDO (Solar Dynamics Observatory) poskytla nezbytné časové i úhlové rozlišení, dlouhodobé a systematické sledování celého disku s možností detailní analýzy takového jevu.

Dne 25. září 2011 byla pozorovatelná malá a obyčejná protuberance polární korunky [vs] nad jihozápadním okrajem. Jak je typické, i tato protuberance se nacházela uvnitř tmavé rozsáhlé koronální dutiny. Toho dne ve 02:30, celá struktura prošla velkoškálovým rozkmitáním, a objevily se malé jasné skvrnky v dutině nad protuberancí. Tmavá vlákna v základně protuberance se stala velmi aktivní, a po 06:00 se ve filamentu i dutině rozvinula ve zřetelný tornádu podobný útvar s velkou kruhovou strukturou na vrcholu užšího sloupu.

Od 10:00 byl pozorován nový velký přítok materiálu do filamentu a během několika hodin se zde objevil nový velký a nápadný projev aktivity uvnitř protuberance a dutiny (viz obrázek). Změny jasnosti vláken i jednotlivých skvrn byly následovány otáčivým pohybem proti směru hodinových ručiček kolem vrcholu sloupu filamentu, uvnitř oblasti dřívější tmavé dutiny. Materiál přitékal do této oblasti ve shlucích podél magnetických struktur, které byly předtím neviditelné.

V počátcích se materiál pohyboval podél tenkého kanálu, ale počínaje časem 10:10 se tenký kanál začal rozšiřovat a vytvářet spirální struktury s nejméně sedmi dobře patrnými závity. Přísun materiálu do těsné spirály se opakoval kolem 11:00 a již rozvinutější spirály v 11:45. Jádro tornáda bylo jasné a složité, s nezvykle pomalou rotací a přesuny ve struktuře filamentu. Počínaje 18:00 špička tornáda zeslábla, rotační pohyb ustal a od 00:00 hodin (tedy již 26. září) tornádo zmizelo. Zanechalo tenká vlákna táhnoucí se pod tupým úhlem vzhledem k nám do oblasti, kde byl dříve samotný filament. Hlavní perioda spojité rotace trvala přibližně 3 hodiny.

Vlastnosti plazmatu v tornádu

Metodou LCT (Local Correlation Tracking) a ručními metodami byly určeny rychlosti v mezích hodnot od 55 km/s do 95 km/s uvnitř tornáda – méně než je rychlost zvuku. Rychlosti proudů přitékajícího materiálu byly značné, a to dokonce i v případech, když stoupaly nahoru a překonávaly gravitaci, což naznačuje, že síly magnetického tahu silokřivek hrály důležitou roli v urychlování proudů materiálu. Snímky tornáda v několika kanálech přístroje AIA na palubě SDO, a jeho vzhled v pozemských H-alfa pozorováních ukázaly, že materiál proudící uvnitř těchto struktur obsahoval ionty, které nalezneme ve značném rozsahu teplot. Během celé periody zformování tornáda a jeho rotace, byl vzhled v emisi na vlnové délce 30,4 nm téměř identicky se vzhledem na vlnové délce 17,1 nm, která odpovídá mnohem vyšší teplotě.
 

Obrázek 1: Vývoj a rotace tornáda jak byly zaznamenány přístrojem AIA v kanále 17,1 nm za dobu 4 hodin se začátkem 25. září 2011 v 08:20 UT.

Diskuse a závěry

Komplikovaný vzhled spojité rotace může být interpretován jako vynoření a průnik spirálových magnetických toků do filamentu a dutiny a následný sporadický přítok materiálu podél spirálových struktur. Pokud je vynořená spirálová silotrubice těsně svinutá, není schopna si zachovat a udržet svou stabilitu a nakonec je vyvržena nebo jednoduše rozpletena do okolní dutiny.  Filament a dutina jsou výsledkem spirálových silotrubic ve směru  zorného paprsku, pak se pohyb materiálu podél spirálových struktur pozorovateli jeví jako pozorovaný pohyb rotační. Vnitřní část protuberance vypadá omezená a komplikovaná, zatímco okolní dutina je mnohem volnější. To podporuje názor, že spletité silové trubice a toky poskytují příznivé podmínky pro přítok hmoty a udržování protuberance. Integrace záření ve směru zorného paprsku od takových spletitých spirál je příčinou velmi složitého vzhled těchto útvarů při pozorováních.

Pozorování velkých kruhových pohybů a toků vznikajících v úzkém kanále, mohou poskytnout nový pohled na otázku, proč nad protuberancemi existují dutiny. Jestliže většina trubic magnetického pole v dutině je zakotvena v malé oblasti v nižší atmosféře, pak jednoduše může být zásobování plazmatem k naplnění dutiny nedostatečné, pokud zde však nedojde k výraznějšímu přítoku materiálu díky nějakým katastrofickým událostem v základně protuberance. Obvyklý (klidný) případ by proto byl: tmavá dutina zbavená plazmatu díky omezující geometrii silotrubic v nižších výškách.

Dynamika této protuberance a dutiny jsou významně větší, jejich tvary více komplexní a spojité než u jiných uváděných eruptivních jevů: eruptivní protuberance [2], rotující spikule [7], spirálové „EUV spreje“ [1], a objevující se spirálové protuberance [5]. Tato protuberance obsahovala plazmu jak chladnou (10 000 K), tak plazmu o vysokých koronálních teplotách, což naznačuje, že toky jsou řízeny a poháněny stejným mechanismem, jako u vynořujících se protuberancí, které jsou výrazně chladnější.

Otázky do budoucna

• Jaké mechanismy řídí a pohánějí vynoření se magnetických spirál a/nebo materiálu do protuberance a dutiny?
• Jsou detekovaná zvýšení jasnosti, které pozorujeme uvnitř toků ve spirálových strukturách, skutečným pohybem shluků materiálu nebo jsou to jen hustotní vlny?
• Jaký je skutečný strukturální vztah mezi protuberancemi a návaznými okolními dutinami? Počítají dnešní modely se všemi případy?
• Proč tyto struktury nezanikají explozí (náhlým vzplanutím)?
• Prokážou pozorování na SDO, že taková tornáda jsou časté jevy? Našli jsme několik tornád během posledních několika měsíců, ale žádné nebylo tak spojité a nápadné jako jev ze dne 25. září 2011.
   

Odkazy

Doplňky a rozšíření

• Popisovaný jev je mnohem lépe patrný na zveřejněném videu. Zde je také lépe patrná koronální dutina kolem protuberance a celková dynamika jevu.

• Velmi zajímavé informace najdete na webových stránkách věnovaných fenoménu "slunečních tornád". Jedná se o stránky Magnetic tornadoes as energy channels into the solar corona
• Na výše uvedených stránkách najdete taky řadu odkazů na informace o daném jevu v různých médiích.