Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (69): Vlastnosti plazmatu ve slunečních protuberancích

Výzkumy v ASU AV ČR (69): Vlastnosti plazmatu ve slunečních protuberancích

Ukázkový snímek chromosféry Slunce v čáře H-alfa. Dobře patrné jsou jak protuberance nad okrajem disku, tak tmavé filamenty na disku. Již víme, že fyzikálně jde o totéž.
Autor: Theo Bakalexis

Nejznámějším projevem sluneční aktivity jsou sice sluneční skvrny, ale v soutěži o nejfotogeničtější by bodovaly spíše protuberance. Oblaka plazmatu roztodivných tvarů zůstávají nehybně viset nad okrajem slunečního disku a tvrdošíjně vzdorují gravitaci. Jejich detailní diagnostika je však velmi obtížná a jenom z pozorování téměř nemožná. Některé popisné parametry jsou kritické pro pochopení vztahu mezi materiálem v protuberanci, jeho okolím a magnetickým polem, které protuberanci drží nad povrchem Slunce a zároveň ji izoluje vůči okolní horké koróně. S. Gunár z ASU studoval strukturu protuberancí prostřednictvím realistické numerické simulace a získal tak některá překvapivá zjištění.

Sluneční protuberance je oblakem materiálu s chromosférickými vlastnostmi, který se však nachází již v koróně. Chladné plazma, v porovnání s okolní korónou, vyplňující smyčky magnetického pole rozptyluje záření fotosféry přicházející zespodu, a to nejúčinněji na vlnových délkách odpovídajících spektrálním čarám vodíku, jež jsou ve spektru při chromosférických teplotách nejvíce patrné. Protože záření od fotosféry přichází do oblaku protuberance směrově zespoda a rozptylováno je do všech směrů (proto také protuberanci nad okrajem disku můžeme pozorovat), toto rozptýlené záření v radiálním směru chybí a protuberance se při pohledu proti slunečním disku zdá tmavá. Sluneční fyzikové sice náhle mluví o filamentu, ale fyzikálně jde o stejný jev. Novým termínem je zmaten pouze nepřítel sluneční fyziky.

Vlastnosti magnetického pole, které protuberance hostí, ani detailní znalosti o vlastnostech plazmatu v nich nelze jednoznačně určit z pozorování. Komplikací je totiž proměnlivá optická tloušťka  protuberančního plazmatu v různých spektrálních čarách užitých k pozorování. Zatím co v některých čarách jsou protuberance extrémně neprůhledné, v jiných jsou naopak částečně či docela průhledné. Ze samotného pozorování však nelze jednoznačně určit, o který případ se jedná. Do zorného paprsku tak přispívají neznámou měrou elementy z různých geometrických hloubek, jež se mohou lišit hustotou nebo teplotou. Z pozorování tak lze obvykle získat pouze hrubé odhady nebo nejednoznačné, průměrné, výsledky.

K pochopení dění v protuberanci je tedy často výhodnější vytvořit počítačový model, který je pak možné libovolně upravovat a sledovat vliv jednotlivých parametrů na pozorované veličiny. Takový vnitřně konzistentní model vypracoval a publikoval Stanislav Gunár z ASU. Model nazvaný „whole-prominence fine structure“ (WPFS), tedy volně přeloženo asi jako „model jemné struktury celé protuberance“ v sobě kombinuje 3D nelineární model magnetického pole vyplněného plazmatem s vlastnostmi získanými semi-empiricky. Model spočívá ve výpočtu struktury magnetického pole, do níž je pak vkládáno iterativní metodou plazma tak, aby bylo v hydrostatické rovnováze. Vlastnosti materiálu jsou určeny semiempiricky, aby tvary vypočtených spektrálních profilů vybraných čar souhlasily s těmi pozorovanými.

Takový kombinovaný model umožňuje studium vlastností protuberančního plazmatu, zejména pak teploty a hustoty, studium parametrů rovnovážného magnetického pole a třeba i hodnoty plazmového beta, tedy poměru tlaku plazmatu a magnetického pole. Plazmové beta popisuje, která z entit v daném místě převažuje. Je-li hodnota beta výrazně menší než jedna, převažuje vliv magnetického pole a plazma se jím musí řídit, tedy zejména se musí pohybovat jen podél siločar jako po kolejnicích. Je-li naopak beta větší než jedna, znamená to nadvládu plazmatu, což je typická situace pro tzv. zmrzlé magnetické pole – tedy když se někam pohybuje plazma, musí magnetické pole s ním. Obecně se soudilo, že beta bude v protuberanci výrazně menší než jedna.

Analýza zástupce protuberancí vypočteného modelem WPFS ukazuje, že v případě, že magnetické pole v jemných strukturách má relativně malou intenzitu, uložené plazma na něj má jen malý vliv. To je důsledkem faktu, že v drtivé většině objemu protuberance je hodnota plazmového beta menší než jedna, a tedy převažuje vliv magnetického pole. Avšak, v prohlubeninách magnetického pole (tzv. magnetických dipech) s největší hloubkou může tlak hydrostatického plazmatu narůst do té míry, že se hodnoty plazmového beta přiblíží k jedné. V takovém případě už uložené plazma na magnetické pole může mít vliv a deformovat jeho tvar.

Teplota vloženého plazmatu se od místa k místu mění a závisí především na tvaru a hloubce každého dipu, nezdá se však, že by závisela na intenzitě magnetického pole v dipu. Teplota v dipu graduálně roste od jeho centra (které leží geometricky nejhlouběji) k jeho okrajům. Vzhled dipu může být značně nesymetrický a proto je také nesymetrické teplotní rozdělení plazmatu.

Model umožňuje také stanovit celkovou hmotnost plazmatu v protuberanci, autoři uvádějí typickou hodnotu řádově 10×1028 kg, což je v dobré shodě s hmotnostmi protuberancí odhadovanými z pozorování. Celkově asi dvě třetiny plazmatu v protuberanci mají teplotu nižší než 14 000 K.

Jeden podstatný nedostatek však WPFS model přes všechny úspěchy má. Oproti reálným protuberancím jsou průběhy magnetického pole i stavových veličin plazmatu hladké, změny hodnot nenastávají na škálách kratších než 1000 km. V realitě však protuberance obsahují jemnější struktury, stokilometrové a jistě i menší. Tento rozpor je nejspíše způsoben zjednodušeními modelu, buď hladkostí uvažovaného fotosférického pole, jež se teprve rozvíjí do chromosférických výšek, nebo nezapočtením dynamických jevů, například oscilací, které mohou s časem strukturu magnetických polí značně zesložitit a přidat změny na malých prostorových škálách. I přes tento nedostatek je model WPFS dobrou reprezentací skutečných protuberancí a přispívá k vysvětlení procesů v těchto enigmatických jevech.

Reference:
Gunár, S. a Mackay, D. H., Properties of the prominence magnetic field and plasma distributions as obtained from 3D whole-prominence fine structure modeling, Astronomy&Astrophysics 592 (2016) A60

Kontakt:
RNDr. Stanislav Gunár, Ph. D., gunar@asu.cas.cz

 



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



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
  72. Výzkumy v ASU AV ČR (72): Rentgenová aktivita polaru AM Herculis
  73. Výzkumy v ASU AV ČR (73): Analýza spektra bolidu Benešov
  74. Výzkumy v ASU AV ČR (74): Když gravitační síla soupeří s elektromagnetickou – Elektricky nabitá látka v okolí zmagnetizované černé díry
  75. Výzkumy v ASU AV ČR (75): Co nám říkají erupce A hvězd o korónách G hvězd?
  76. Výzkumy v ASU AV ČR (76): Deset let optických dosvitů gama záblesků dalekohledy BOOTES
  77. Výzkumy v ASU AV ČR (77): Zdroje záření Lyman-α: Klíč k pochopení minulosti vesmíru?
  78. Výzkumy v ASU AV ČR (78): Hvězdné větry neobvyklých horkých hvězd
  79. Výzkumy v ASU AV ČR (79): Binární bílý trpaslík s magnetickou složkou
  80. Výzkumy v ASU AV ČR (80): Vznik druhé generace hvězd v hustých hvězdokupách
  81. Výzkumy v ASU AV ČR (81): Detekce sopek pod ledovým příkrovem Antarktidy
  82. Výzkumy v ASU AV ČR (82): Pozoruhodný vývoj sluneční póry
  83. Výzkumy v ASU AV ČR (83): Problémy zobrazování vícerozměrných astrofyzikálních dat
  84. Výzkumy v ASU AV ČR (84): Rumunský superbolid byl z neobvyklého materiálu
  85. Výzkumy v ASU AV ČR (85): Fragmentace plynných obálek a vznik dalších generací hvězd
  86. Výzkumy v ASU AV ČR (86): Vzplanutí typu zebra jako diagnostika vlastností plazmatu
  87. Výzkumy v ASU AV ČR (87): Zrcadlová nestabilita v turbulentním slunečním větru


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: Protuberance, Atmosféra Slunce


22. vesmírný týden 2017

22. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 29. 5. do 4. 6. 2017. Měsíc bude kolem čtvrti. Večer je ideálně vidět Jupiter. V druhé polovině noci Saturn. Ráno je nízko na východě jasná Venuše. Slunce je málo aktivní, ale malé skvrnky na povrchu se objevují. Rusko vypustilo další družici pro sledování balistických střel. Mezitím SpaceX je blízko plánovaného startu s nákladní lodí Dragon k ISS. Dočkat se můžeme i japonského a evropského startu. Dechberoucí záběry Jupiterovy atmosféry, ale i várku vědeckých dat představila sonda Juno. Zajímavá raketa startovala také z Nového Zélandu. Na ISS vyměnili vadný počítač na vnějšku stanice.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Odhalené vrstvy Slunce

„Štěstí! Co je štěstí? Muška jenom zlatá, která za večera kol tvé hlavy chvátá …“. Slavné verše českého básníka Adolfa Heyduka, proslavené zejména scénou s Jaroslavem Marvanem a Ladislavem Peškem ve filmu Škola základ života. A právě tato „zlatá muška“, či její stejně pilná kamarádka, stála za

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Mléčná dráha a Cygnus

d750 + Samyang 24 na Star Adventurer montáži

Další informace »