Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy na AsÚ AV ČR (10): Střižné proudění ve sluneční atmosféře jako generátor elektrického pole

Výzkumy na AsÚ AV ČR (10): Střižné proudění ve sluneční atmosféře jako generátor elektrického pole

 Masivní rentgenová erupce zachycená přístroji na palubě SDO 9. 8. 2011. Obrazový kanál na vlnové délce 13,1 nm (v rentgenové oblasti spektra) zachycuje plazma s teplotou kolem deseti milionů stupňů. 	 Autor: Astronomický ústav AV ČR
Masivní rentgenová erupce zachycená přístroji na palubě SDO 9. 8. 2011. Obrazový kanál na vlnové délce 13,1 nm (v rentgenové oblasti spektra) zachycuje plazma s teplotou kolem deseti milionů stupňů.
Autor: Astronomický ústav AV ČR
Urychlování částic je jevem pozorovaným u mnoha astrofyzikálních objektů. Kupříkladu ve slunečních erupcích dojde po přepojení magnetického pole k urychlení částic ve svazcích na rychlosti blízké rychlosti světla. Tyto procesy jsou obvykle spojovány s existencí silných elektrických proudů a elektrických polí. Tyto veličiny nejsou přímo měřitelné, avšak jejich charakter lze odvodit z jiných měřitelných fyzikálních veličin, které jsou spjaty komplikovanou soustavou rovnic. Tato soustava se obvykle řeší s pomocí počítače (tedy numericky), pro studium detailů chování částic však mají větší cenu řešení analytická, tedy s pomocí „tužky a papíru“. S takovým přišel Dieter Nickeler z AsÚ a s jeho pomocí popsal možný mechanismus dodatečného urychlování částic ve slunečních erupcích.

Numerické řešení soustavy rovnic lze provést vždy, jeho nevýhodou je však nutnost tzv. diskretizace, tedy řešení problému je známo pouze v omezené množině předem zvolených bodů prostoru, v nichž jsou rovnice řešeny. Mimo tyto body je řešení neznámo a obvykle se interpoluje (tedy v podstatě odhaduje), což nemusí vždy odpovídat skutečnému chování systému. Použitelné řešení je kompromisem mezi přesností (tedy volbou jemnosti diskrétní mříže) a počítačovou náročností (velké systémy se ve velkém rozlišení počítají na superpočítačích a i tak trvá výpočet často roky). Navíc, při řešení problémů magnetohydrodynamiky (MHD) jsou studované částice považovány za „testovací“, tedy bez zpětné vazby na pozaďové plazma. To zjevně neodpovídá realitě.

Naproti tomu analytické (přesné) řešení poskytuje znalost stavu plazmatu i testovacích částic v libovolném bodě prostoru a automaticky může zahrnout i zpětnou vazbu studovaných částic na pozaďové plazma. Bohužel, analyticky lze vyřešit jen velmi omezené množství problémů a reálné případy je tak zapotřebí idealizovat. Fyzik má tedy na výběr: buď nahradí reálný fyzikální systém zjednodušeným modelem a získá přesné řešení, nebo naopak studuje realistický systém, avšak jeho řešení bude pouze přibližné se zvolenou přesností a rozlišením. D. Nickeler a jeho kolegové zvolili první přístup a zajímali se o charakter elektrických polí v oblastech se střižným prouděním.

Jejich výzkum byl motivován průběhem slunečních erupcí. Nejúspěšnějším modelem vysvětlujícím průběh erupce je model magnetické rekonexe (přepojení), při němž dochází v omezené oblasti prostoru k změně konfigurace magnetického pole a prudkému uvolnění energie ve formě elektromagnetické záření i rychlých částic. Rychlé částice se projevují především srážkovým ohřevem pozaďového materiálu, který je tím přinucen zářit na rentgenových vlnových délkách. Magnetické pole se dostává do klidové konfigurace, v níž již nejsou podmínky k vytváření částicových svazků. Z pozorování je však zřejmé, že intenzita rentgenového záření klesá mnohem pomaleji, než se zklidňuje konfigurace magnetického pole. Nabité částice tedy musí být urychlovány jiným mechanismem. Hlavním podezřelým je elektrické pole související se střižnými pohyby plazmatu.

D. Nickeler tedy zkonstruoval idealizovaný fyzikální systém, který však věrně připomíná situaci v tzv. poerupčních smyčkách. Magnetické pole v nich je sice blízké klidovému (odborně potenciálovému), avšak i tato konfigurace umožňuje existenci střižných toků plazmatu podél silokřivek magnetického pole. Dále předpokládal, že studované plazma má konečnou vodivost. To již stačilo k analytickému výpočtu vektoru elektrického pole, pro urychlování částic byla však nejdůležitější jeho komponenta rovnoběžná se směrem pole magnetického. Pro realistické hodnoty popisující indukci magnetického pole a hustotu částic ve sluneční koróně se ukazuje, že v oblastech nad poerupčními smyčkami vzniká silné elektrické pole s vysokým napětím (v řádu desítek kilovolt). Bohužel to v tomto zjednodušeném modelu nestačí k vysvětlení pozorovaného doznívání rentgenové emise, zejména pak nedostačuje k urychlení elektronů na MeV až GeV energie, které jsou často pozorovány kosmickými družicemi.

Zjednodušený model nabízí pouze jednorázové urychlení částic. Z pozorování však vyplývá, že k urychlování dochází v po-rekonexních oblastech po delší dobu. Autoři navrhují, že určitou změnou modelu, prostým řetězením mnoha urychlovacích událostí, lze dosáhnout požadovaného efektu. Vysokoenergetické částice by tedy mohly být v poerupčních elektrických polích urychlovány postupně, podobně jako k tomu dochází v pozemských urychlovačích. V každém případě je z práce D. Nickelera a jeho kolegů patrná cena přesného fyzikálního řešení oproti numerickému přiblížení. Přesné řešení totiž umožňuje studovat detaily jevů, které zůstávají numerickému přístupu skryty.

Reference: Nickeler, D.H. a kol., Self-consistent stationary MHD shear flow in the solar atmosphere as elecric field generators, Astronomy & Astrophysics in press (2014), arXiv:1407.3227
Kontakt: Dr. Dieter Nickeler, dieter.nickeler@asu.cas.cz

Převzato z webu Astronomického ústavu AV ČR.




Seriál

  1. Na čem se pracuje v Ondřejově (1): Objev prvních B[e] nadobrů v Galaxii v Andromedě
  2. Na čem se pracuje v Ondřejově (2): Meteority Příbram a Neuschwanstein nedoprovázejí malá tělesa
  3. Na čem se pracuje v Ondřejově (3): Cesta k seismologii slunečních protuberancí
  4. Na čem se pracuje v Ondřejově (4): Předpověď slupky v galaxii NGC3923: cesta k ověření alternativní teorie gravitace?
  5. Na čem se pracuje v Ondřejově (5): Zašpinění bílí trpaslíci s magnetickým polem
  6. Na čem se pracuje v Ondřejově (6): Proudění plazmatu kolem slunečních skvrn
  7. Výzkumy na AsÚ AV ČR (7): SPLAT - mocný nástroj pro zobrazení a jednoduchou analýzu spekter
  8. Výzkumy na AsÚ AV ČR (8): Druhotná tvorba hvězd ve vznikajících galaxiích a hmotných hvězdokupách
  9. Výzkumy na AsÚ AV ČR (9): Hvězda v prachové obálce v okolí černé veledíry
  10. Výzkumy na AsÚ AV ČR (10): Střižné proudění ve sluneční atmosféře jako generátor elektrického pole
  11. Výzkumy na AsÚ AV ČR (11): Komplikovaná rotace planetky Apophis ovlivňuje její let Sluneční soustavou
  12. Výzkumy na AsÚ AV ČR (12): Protony slunečního větru ve vzdálenosti jedné astronomické jednotky od Slunce
  13. Výzkumy na AsÚ AV ČR (13): Chladný plyn v mezigalaktickém prostoru vytržen z galaxie ESO 137-001
  14. Výzkumy v AsÚ AV ČR (14): Bílá erupce pozorovaná spektrografem IRIS
  15. Výzkumy v AsÚ AV ČR (15): Be hvězda v těsné dvojhvězdě s horkým podtrpaslíkem
  16. Výzkumy v AsÚ AV ČR (16): Vliv rotačního směšování a metalicity na ztrátu hmoty hvězdným větrem
  17. Výzkumy v AsÚ AV ČR (17): Osiřelé penumbry jako testovací materiál pro teorii slunečních skvrn
  18. Výzkumy v AsÚ AV ČR (18): Detailní modely gravitačního pole Země
  19. Výzkumy v AsÚ AV ČR (19): Nejpřesněji určené parametry binární planetky
  20. Výzkumy v AsÚ AV ČR (20): Jasná Perseida s neobvykle vysokou počáteční výškou
  21. Výzkumy v AsÚ AV ČR (21): Prostorové mapování galaktického centra pomocí rentgenové polarimetrie
  22. Výzkumy v AsÚ AV ČR (22): Vliv atmosféry a oceánů na polohu rotační osy Země
  23. Výzkumy v AsÚ AV ČR (23): Analytický model Birkelandových proudů
  24. Výzkumy v AsÚ AV ČR (24): Ověřování zákrytového modelu proměnných aktivních galaktických jader
  25. Výzkumy v AsÚ AV ČR (25): Urychlování elektronových svazků ve slunečních erupcích
  26. Výzkumy v AsÚ AV ČR (26): Jak rotují kometární meteoroidy?
  27. Výzkumy v AsÚ AV ČR (27): Odhalovaná tajemství hvězdy se závojem
  28. Výzkumy v AsÚ AV ČR (28): Hvězdný vítr v dvojhvězdě s kompaktní složkou
  29. Výzkumy v AsÚ AV ČR (29): Rozšiřování magnetických trubic nad slunečními aktivními oblastmi
  30. Výzkumy v AsÚ AV ČR (30): Jak souvisejí astrosféry a astroohony s urychlováním částic kosmického záření?
  31. Výzkumy v AsÚ AV ČR (31): Dlouhodobé změny aktivity kataklyzmické proměnné V1223 Sgr
  32. Výzkumy v AsÚ AV ČR (32): Upřesnění základních parametrů planetky Apophis
  33. Výzkumy v AsÚ AV ČR (33): Možnosti měření magnetických polí ve sluneční chromosféře, přechodové oblasti a koróně
  34. Výzkumy v AsÚ AV ČR (34): Oblak G2 přežil průlet kolem centra Galaxie a je zřejmě mladou hvězdou
  35. Výzkumy v AsÚ AV ČR (35): Mateřské těleso meteoritu Čeljabinsk opět neznámé
  36. Výzkumy v AsÚ AV ČR (36): Nové dvojhvězdy s horkou podtrpasličí hvězdou a vlastnosti této populace hvězd
  37. Výzkumy v AsÚ AV ČR (37): Rekonstrukce vzhledu aktivního galaktického jádra
  38. Výzkumy v AsÚ AV ČR (38): Simulace chování astrofyzikálního plazmatu v extrémních podmínkách
  39. Výzkumy v AsÚ AV ČR (39): Drakonidy 2011 z letadla
  40. Výzkumy v AsÚ AV ČR (40): Kapitoly v učebnici Asteroids IV i od pracovníků AsÚ
  41. Výzkumy v AsÚ AV ČR (41): Balíček programů pro analýzu nemaxwellovských rozdělovacích funkcí částic ve sluneční atmosféře
  42. Výzkumy v AsÚ AV ČR (42): Tajemná povaha rentgenového zdroje Her X-1
  43. Výzkumy v ASU AV ČR (43): Vznik penumbry sluneční skvrny v přímém přenosu
  44. Výzkumy v ASU AV ČR (44): Rekurentní novy v galaxii M 31
  45. Výzkumy v ASU AV ČR (45): Možná naleziště ropy v Perském zálivu z gravitačních modelů
  46. Výzkumy v ASU AV ČR (46): Mohou být hvězdné pulsace zdrojem proměnnosti hvězdného větru?
  47. Výzkumy v ASU AV ČR (47): O původu meteorického roje Kvadrantid
  48. Výzkumy v ASU AV ČR (48): ALMA bude pozorovat i Slunce
  49. Výzkumy v ASU AV ČR (49): Vliv rentgenového záření na charakter hvězdných větrů v dvojhvězdách s hmotnou komponentou
  50. Výzkumy v ASU AV ČR (50): Turbulence plazmatu a kinetické nestability v expandujícím slunečním větru
  51. Výzkumy v ASU AV ČR (51): Vzhled rázové vlny hvězdy při průletu kolem centra Galaxie
  52. Výzkumy v ASU AV ČR (52): Mění srážky tvar planetek?
  53. Výzkumy v ASU AV ČR (53): Udržely póry sluneční cyklus v době Maunderova minima?
  54. Výzkumy v ASU AV ČR (54): Supererupce na hvězdě DG CVn
  55. Výzkumy v ASU AV ČR (55): Souvislost oblaků CO s obálkami HI v Mléčné dráze
  56. Výzkumy v ASU AV ČR (56): Nárůst kontinua ve slunečních erupcích – nové možnosti jejich předpovědí?
  57. Výzkumy v ASU AV ČR (57): Katalog videí dokumentujících pád bolidu Čeljabinsk
  58. Výzkumy v ASU AV ČR (58): Tisícileté cykly střední výšky světového oceánu
  59. Výzkumy v ASU AV ČR (59): Model expanze oblaků ve slunečním větru
  60. Výzkumy v ASU AV ČR (60): Detekce dopadů zemských miniměsíců
  61. Výzkumy v ASU AV ČR (61): Lze ze spektra aktivního galaktického jádra usoudit na povahu jeho zdroje?
  62. Výzkumy v ASU AV ČR (62): Lze pozorovat ohřev koróny nanoerupcemi?
  63. Výzkumy v ASU AV ČR (63): Neobvyklá rotace trpasličí galaxie je důsledkem nedávné srážky
  64. Výzkumy v ASU AV ČR (64): Přímé pozorování klouzavé rekonexe dalekohledem GREGOR
  65. Výzkumy v ASU AV ČR (65): Složky těsné vizuální dvojhvězdy 1 Del rozlišeny spektroskopicky
  66. Výzkumy v ASU AV ČR (66): Příčky v galaxiích jako důsledek vzájemného slapového působení
  67. Výzkumy v ASU AV ČR (67): Neobvyklé chemické složení zašpiněného bílého trpaslíka
  68. Výzkumy v ASU AV ČR (68): Hustota průmětů drah umělých družic Země na zemském povrchu a přesnost parametrů gravitačního pole Země
  69. Výzkumy v ASU AV ČR (69): Vlastnosti plazmatu ve slunečních protuberancích
  70. Výzkumy v ASU AV ČR (70): Útok létajících hadů - mohou vodíkové proudy fragmentovat na izolované oblaky vodíku?
  71. Výzkumy v ASU AV ČR (71): Vlastnosti satelitů planetek


O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.



39. vesmírný týden 2016

39. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 26. 9. do 2. 10. 2016. Měsíc bude v novu. Venuše, Mars a Saturn najdeme večer stále jen nízko nad obzorem. Neptun a Uran můžeme pozorovat celou noc. Na ranní obloze můžeme před svítáním pozorovat kužel zvířetníkového světla do něhož před východem Slunce stoupá planeta Merkur a bude zde také srpek Měsíce.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Pradědovy Perseidy 2016

Píše se rok 258, 10. srpen. Na rošt nad horké uhlí je položen správce chrámové pokladny před několika dny popraveného papeže Sixta II a je opékán zaživa. Po chvíli volá: „Z jedné strany jsem již opečený, pokud mě chcete mít dobře udělaného, je čas mě otočit na druhou stranu.“ Toto utrpení podstoupil

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Venuše

Další informace »