Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (107): Co rozlišuje umbru od penumbry sluneční skvrny?

Výzkumy v ASU AV ČR (107): Co rozlišuje umbru od penumbry sluneční skvrny?

Výběr ze studovaných slunečních skvrn. Bílou konturou je vyznačena P-U hranice stanovená na základě intenzity světla, červené kontury pak odpovídají místu, kde má indukce vertikální komponenty magnetického pole hodnotu 1867 gaussů, ve většině případů se obě linie překrývají. U skvrn označených písmenem L lze vysledovat systematický posun hranic způsobený projekčními jevy, skvrny označené písmenem U označují případ skvrn, u nichž je P-U hranice nestabilní.
Autor: Jan Jurčák

Sluneční fyzikové si už dlouhou dobu lámou hlavu nad tím, co přesně odlišuje konfiguraci magnetického pole v tmavé umbře vyvinuté sluneční skvrny od okolní penumbry. Jan Jurčák ze Slunečního oddělení ASU tomu ve spolupráci s astronomy z Německa a Španělska přišel na kloub. Nalezl jednoduché a robustní kritérium rozlišující umbru a penumbru z hlediska magnetického pole, které platí pro všechny sluneční skvrny. 

Sluneční skvrny jsou nejznámějším zástupcem jevů sluneční aktivity – celého komplexu jevů souvisejících s proměnami magnetického pole na Slunci. Skvrny byly na Slunci pozorovány již starými Číňany na počátku letopočtu, pozoroval je i Galileo Galilei svými primitivními dalekohledy a jsou vděčným cílem pro amatérské i profesionální pozorovatele i v dnešní době. 

Sluneční skvrna svojí geometrickou konfigurací připomíná pánev ponořenou pod úrovní slunečního povrchu. Dno pánve se nachází až 1000 km pod úrovní okolního „terénu“ a odpovídá nejtmavší pozorovatelné části slunečních skvrn – umbře. Magnetické pole v umbře je ve skvrně nejsilnější, dosahuje indukcí až několika desetin tesla a jeho směr je prakticky vertikální, tedy kolmý k slunečnímu povrchu. Stěny pánve pak odpovídají penumbře, v níž se magnetické pole sklání do roviny fotosféry a je mnohem slabší. Také má výrazně menší indukci. V pánvi převládá tlak magnetického pole nad tlakem plynu, skvrny jsou tedy skutečnými prohlubněmi. 

Umbru od penumbry je snadné odlišit pouhým pohledem, neboť jejich přechod je velmi náhlý. Sluneční skvrna je tmavá, neboť silně magnetizované plazma je chladné v důsledku omezení toku tepla z nitra. Proto je snadné definovat hranici umbry a penumbry (U-P hranici) i při počítačovém zpracování slunečních snímků a nejčastěji se volí jako místo, kde průběh jasu prochází hodnotu jedné poloviny jasu klidné fotosféry. 

Hledání unikátní vlastnosti U-P hranice bylo věnováno velké úsilí. Jan Jurčák z ASU si v jedné ze svých předchozích prací povšiml, že na U-P hranici spolu velmi úzce souvisí (koreluje) sklon magnetického pole a jeho celková indukce. Čím bylo magnetické pole silnější, tím bylo skloněnější. Větší sklon znamená, že horizontální komponenta má v plném vektoru větší význam. Zdálo se tedy, že na U-P hranici se zachovává jiná veličina, a to hodnota vertikální komponenty indukce. 

Unikátnost tohoto parametru bylo třeba ověřit na větší skupině slunečních skvrn. Proto J. Jurčák s kolegy ze zahraničí statisticky studovali hned celou stovku slunečních skvrn pozorovaných spektrografem na japonské družici HINODE, který je napájen 0,5metrovým optickým dalekohledem. Výsledky statistické analýzy byly naprosto jednoznačné. V práci, která byla přijata k rapidní publikaci jako letter v Astronomy&Astrophysics autoři ukazují, že kontura hodnoty vertikálního magnetického pole o hodnotě 1867 gaussů téměř přesně odpovídá poloze U-P hranice pro všechny stabilní konfigurace. Viditelný posun je jen v případě U-P hranice ve skvrně s vývojem (tedy v neustálené konfiguraci) a také u skvrn pozorovaných daleko od středu slunečního disku, kde se očekávají velké zdánlivé efekty způsobené zorným úhlem. Co víc? Tato kanonická hodnota vertikálního pole nezávisí na velikosti skvrny a ani se nemění v průběhu slunečního cyklu. 

Zjištěné vlastnosti jsou plně v souladu s dříve navrženým teoretickým modelem tzv. padlé silotrubice. Podle této hypotézy publikované v roce 1992 je plazma vytlačováno podél silotrubice nad sluneční povrch, kde se zářením ochladí. Pro určitou hranici vertikálního pole pak váha plazmatu v trubici překročí napětí v siločarách a trubice se skloní do roviny fotosféry. Pokud ve vznikající póře nepřesáhne indukce vertikálního pole potřebné hodnoty, může být celá póra přeměněna na penumbru – tzv. osamocenou penumbru. I o jedné takové jsme v našem seriálu již psali.  

U-P hranice je tedy dobře popsána hodnotou Jurčákova kritéria. Platí univerzálně pro sluneční skvrny. Dá se očekávat, že podobně se budou chovat i skvrny hvězdné, zde ovšem nemáme prozatím k dispozici měření s potřebnou přesností. 

REFERENCE

Jurčák J. a kol., The magnetic nature of the umbra-penumbra boundary in sunspots, Astronomy & Astrophysics v tisku, arXiv:1801.08983

KONTAKT

Mgr. Jan Jurčák, Ph. D. 
Email: jan.jurcak@asu.cas.cz
Sluneční oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Sluneční oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



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.

Štítky: Sluneční skvrny, Astronomický ústav AV ČR


8. vesmírný týden 2018

8. vesmírný týden 2018

Přehled událostí na obloze od 19. 2. do 25. 2. 2018. Měsíc bude v první čtvrti. Čeká nás další zákryt Aldebaranu. Večer je nad jihozápadem Uran, na večerní oblohu se vrací Venuše. Nad ránem je vidět Jupiter a Mars, vylézá i Saturn. Z objektů noční oblohy doporučíme hvězdu Sirius s jejím trpasličím průvodcem. Očekáváme tři starty raket. Nejprve odložený Falcon 9 z Kalifornie, pak japonskou H-IIA a potom zřejmě ještě druhý Falcon 9 z Floridy. Před 50 lety byl oznámen objev pulsarů.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

M17 (HST paleta)

Titul Česká astrofotografie měsíce za leden 2018 obdržel snímek „M 17“, jehož autorem je Michal Bouček     Název vítězného snímku lednového kola soutěže Česká astrofotografie měsíce je pro astronomicky nezasvěcené čtenáře možná poněkud záhadný. Již pouhé jeho vyťukání na

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Planetka (775) Lumiere

Snímek planetky (775) Lumiere. Rozměry obrázku jsou 10 x 10 obloukových minut, sever je nahoře, východ vlevo. Planetka 15.5mag byla zachycena na snímcích komety C/2016 R2 (PANSTARRS).

Další informace »