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


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


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

Mesic

Mesic

Další informace »