Úvodní strana  >  Články  >  Sluneční soustava  >  Výzkumy na AsÚ AV ČR (12): Protony slunečního větru ve vzdálenosti jedné astronomické jednotky od Slunce

Výzkumy na AsÚ AV ČR (12): Protony slunečního větru ve vzdálenosti jedné astronomické jednotky od Slunce

(Popiska obrázku v závěru článku) Autor: NASA
(Popiska obrázku v závěru článku)
Autor: NASA
Slunce nejenže řídí pohyb naší planety prostřednictvím své gravitace, ale zaplavuje meziplanetární prostor neustálým proudem nabitých částic. Tento jev nazýváme slunečním větrem a jeho výzkumem ze zabývají i pracovníci AsÚ. P. Hellinger a P. Trávníček se ve své práci nedávno publikované v Astrophysical Journal Letters zabývali statistickými vlastnostmi částic slunečního větru ve vzdálenosti 1 AU od Slunce (t. j. na úrovní oběžné dráhy Země) a porovnávali je s teoretickými modely.

Astrofyzikům jsou poměrně dobře známy pouze vlastnosti slunečního větru, a to ještě povětšinou pouze v rovině ekliptiky. Ve vyšších šířkách studovala vlastnosti meziplanetární hmoty pouze jediná sonda Ulysses v letech 1994 až 2009, v roce 2017 odstartuje Solar Orbiter, na němž se podílejí i pracovníci AsÚ, který se také vlastnostmi slunečního větru mimo rovinu ekliptiky bude zabývat. Dnes víme, že sluneční vítr má tři složky: vítr pomalý (s typickou rychlostí kolem 400 km/s), který nejspíš uniká z oblastí s uzavřeným magnetickým polem, tedy z aktivních oblastí na Slunci, vítr rychlý (s typickou rychlostí kolem 700 km/s), který nejspíš vyvěrá z oblastí s polem otevřeným, tedy především z koronálních děr, které jsou typicky chladnější než aktivní oblasti. Třetí složkou jsou pak meziplanetární plazmové oblaky, také plazmoidy, které jsou pokračovateli výronů hmoty do koróny (coronal mass ejections, CME), ke kterým dochází v souvislosti se slunečními erupcemi.

Samotný původ slunečního větru není doposud uspokojivě vysvětlen. Každý z fyzikálních modelů, který má za cíl vznik slunečního větru vysvětlit, v sobě zahrnuje nejrůznější procesy urychlování a ohřívání částic, přičemž každý z těchto fyzikálních mechanismů by měl zanechávat svůj podpis ve statistických vlastnostech částic, které jsou měřeny kosmickými sondami. Sluneční protony v okolí Země vykazují mnoho souvislostí a vazeb, které jsou však prozatím nevysvětleny.

Sluneční vítr si také s sebou nese magnetické pole, které do systému přináší preferovaný směr; nabité častice se chovají (pohybují) jinak podél a napříč vůči směru magnetického pole. Proto mají protony (i elektrony a další ionty) ve slunečním větru typicky rozdílné teploty (a tlaky) podél a kolmo na magnetické pole. Fyzikové mluví o tzv. anizotropii, tedy nerovnosti hodnot fyzikálních veličin v různých směrech.

Z měření prováděných kosmickými sondami v okolí Země vyplývá, že některé veličiny popisující sluneční vítr, zejména pak protony tohoto větru, spolu překvapivě souvisejí. Např. se podařilo vysledovat přímou úměru mezi kinetickou teplotou protonů a rychlostí slunečního větru. Překvapivě rychlejší sluneční vítr obsahuje teplejší protony ve srovnání s pomalým slunečním větrem, přestože zdroj pomalého slunečního větru je typicky teplejší než zdroj rychlého slunečního větru. Dále existuje jasná nepřímá úměra mezi kinetickou teplotou protonů a charakteristický časem jejich vzájemných srážek. Také poměr podélného tlaku protonů a tlaku magnetického pole (v řeči plazmových fyziků se tento poměr označuje jako „podélné beta“) klesá s nárůstem rychlostní anizotropie protonů. Tyto tzv. korelace nejsou uspokojivě vysvětleny a P. Hellinger s P. Trávníčkem se jim pokusili přijít na kloub pečlivou analýzou dlouhodobých měření (z let 1995 až 2012) přístroji na palubě družice WIND. K dispozici měli více než čtyři miliony jednotlivých měření, což je pro statistickou analýzu jistě dostatečné množství.

Autoři nejprve poukazují na to, že je třeba velmi obezřetně přistupovat k výsledkům statistických metod považovaných v oboru za standardní. Zdálo by se, že některé předchozí výsledky by si dokonce říkaly o revizi. Z jejich vlastní analýzy vyplývá, že sluneční protony s celkově nižší teplotou mají zřejmě v důsledku vzájemných srážek spíše izotropní rychlostní rozdělení, zatímco protony s teplotou vyšší vykazují značnou anizotropii. V dvojrozměrných histogramech je výskyt částic omezen oblastmi kinetických nestabilit, přičemž pozice jejich hranic možná závisí na dalších parametrech slunečního větru jako na srážkovém čase nebo na teplotě částic. Vzájemné korelace se podařilo P. Hellingerovi popsat prostřednictvím škálovacích zákonů, které jsou však jen částečně vysvětleny na teoretické úrovni, takže vlastnosti protonů ve slunečním větru si zasluhují dalšího pečlivého zkoumání.

Poznámka k obrázku v úvodu článku: Struktura sluneční větru v období slunečního minima. Z měření Ulysses se ukázalo, že rychlý sluneční vítr je složkou, která v celkovém skóre převažuje. V minimu činnosti rychlý vítr vyvěrá především z rozsáhlých polárních koronálních děr. V okolí slunečního rovníku (a tedy i ekliptiky) však dominuje vítr pomalý, neboť i v minimum činnosti najdeme v rovníkových pásech určitou lokální magnetickou aktivitu, která nedá uniknout rychlým částicím.

Reference: Hellinger P. a Trávníček P. M., Solar wind protons at 1 AU: trends and bounds, constraints and correlations, Astrophysical Journal Letters 784 (2014) article id L15, arXiv:1402.4611
Kontakt: Dr. Mgr. Petr Hellinger, petr.hellinger@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
  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?


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.



49. vesmírný týden 2016

49. vesmírný týden 2016

Přehled událostí na obloze od 5. 12. do 11. 12. 2016. Měsíc bude v první čvrti, uvidíme Lunar X? Večer je krásně vidět Venuše na jihozápadě. Mars je výše a skoro nad jihem. Ráno je pěkně viditelný Jupiter. Slunce se po krátkém zvýšení aktivity opět uklidnilo. Poté, co došlo k selhání horního stupně rakety Sojuz, zřítila se nad Ruskem nákladní loď Progress, původně určená k zásobování ISS. Pokud se v tomto týdnu povede start japonské zásobovací lodi HTV, bude to pro osazenstvo stanice úplně v pohodě. Kromě tohoto startu se očekávají ještě další čtyři.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Planety

Hvězdy bloudivé, oběžnice, planety. Několik pojmenování téhož. Ostatně i řecké πλανήτης, neboli planétés, znamená vlastně „tulák“. Pro mnoho z nás obíhá kolem Slunce planet devět. Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun a Pluto. Ovšem od roku 2006, od valného shromáždění

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Za súmraku

Vrch Ostrá 1247mnm. Počas astronomického súmraku ešte posledné slnečné svetlo osvetľovalo horizont. Na fotke je vidieť Mesiac, Mars, Venušu a Mliečnu cestu.

Další informace »