Úvodní strana  >  Články  >  Sluneční soustava  >  Výzkumy v AsÚ AV ČR (29): Rozšiřování magnetických trubic nad slunečními aktivními oblastmi

Výzkumy v AsÚ AV ČR (29): Rozšiřování magnetických trubic nad slunečními aktivními oblastmi

Skutečný vzhled koronálních smyček
Autor: Jaroslav Dudík

Mnohé nezodpovězené otázky fyziky Slunce se týkají koróny, vnější vrstvy sluneční atmosféry, jež se volně rozpíná do meziplanetárního prostoru slunečním větrem. Pozorování prováděná dalekohledy na kosmických družicích v ultrafialové oblasti spektra poskytují až překvapivé detaily koronální struktur. Z nich je zřejmé, že základním stavebním kamenem koróny je smyčka. Smyčka magnetického pole vyplněná horkým plazmatem propojující fotosférické paty s opačnou polaritou magnetického pole. Geometrií koronálních smyček se zabýval v práci publikované v časopise the Astrophysical Journal Jaroslav Dudík (spolupracovník AsÚ, který byl v letech 2013‒2014 na postdocovém pobytu na University of Cambridge) ve spolupráci s Elenou Dzifčákovou z AsÚ a Jonathanem Cirtainem z NASA.

Pod pojmem koronální smyčka rozumíme obloukovitou strukturu lokálně hustšího plazmatu s teplotou kolem milionu stupňů vypínající se do vysokých vrstev sluneční atmosféry. Toto plazma silně září v rentgenové a ultrafialové oblasti spektra. Teploty a hustoty odpovídají vysoce srážkovému plazmatu, které je díky tomu téměr plně ionizované. Vzhledem k vysoké elektrické vodivosti je plazma vmrzlé do magnetického pole, musí tedy respektovat struktury magnetického pole.

Magnetogram oblasti NOAA 11482 (nahoře), rekonstrukce koronálního magnetického pole (uprostřed) a skutečný vzhled koronálních smyček (dole). Autor: Jaroslav Dudík
Magnetogram oblasti NOAA 11482 (nahoře), rekonstrukce koronálního magnetického pole (uprostřed) a skutečný vzhled koronálních smyček (dole).
Autor: Jaroslav Dudík
Snímky z moderních kosmických přístrojů (Yohkoh/SXT, TRACE nebo SDO/AIA) ukazují, že průřez koronálních smyček se s výškou nad povrchem příliš nemění. To je v rozporu s rozpínavostí magnetického pole, jež zjevně s výškou (a klesající hustotou materiálu) expanduje. Představit si s výškou se neměnící koronální smyčku sevřenou v magnetickém poli, které expanduje, je obtížné. Zjištěný rozpor komplikuje správné pochopení struktury koróny nad aktivními oblastmi. V minulosti se objevily pokusy o jeho vysvětlení započtením vlivů koronálních elektrických proudů, efektů dynamického tlaku nebo gravitačního rozvrstvení, bohužel však bez většího úspěchu.

Problém bude spíše v interpretaci pozorování. Pokud jsou pozorované smyčky složeny z jemnějších struktur, vláken pod úrovní dostupného prostorového rozlišení, tak by se tato drobná vlákna mohla rozšiřovat v souladu s expanzí magnetického pole ve výšce, a přesto by tento smotek navenek mohl zachovávat stejný průřez. Pečlivé analýzy provedené v minulosti však přesvědčivě ukazují, že přinejmenším zajímavá většina pozorovaných smyček je prostorově rozlišena. Jiné práce však poukazují na to, že průřez koronálními smyčkami nemusí mít kruhový tvar. Pokud je tento průřez spíše eliptický, snadno bylo by možné zdánlivou nerozpínavost smyček s výškou vysvětlit geometrickými úvahami. Numerické simulace předpovídají expanzní faktory magnetického pole v řádu několika desítek. To jsou zajímavá čísla, neboť to by zásadně měnilo termodynamické poměry ve smyčce. Expandující smyčky jsou náchylnější k nestabilitám a tepelné nerovnováze.

J. Dudík a jeho spolupracovníci prostudovali toto téma při rekonstrukci magnetického pole nad konkrétní aktivní oblastí na Slunci a porovnáním této rekonstrukce s pozorováním koronálních smyček v ultrafialové oblasti spektra. Nejprve bylo zapotřebí najít vhodnou aktivní oblast splňující velmi přísná kritéria. Splnění omezujících kritérií opravňuje zjednodušenou rekonstrukci magnetického pole v koróně, které jinak nelze přímo změřit. Vhodným kandidátem se stala NOAA 11482 z května 2012. Vešla se do zorného pole dalekohledu SOT na Hinode a současně pro ni byla k dispozici měření z přístrojů na SDO. Byla poblíž středu disku, bipolární a s vyvinutými skvrnami obou polarit. Autoři rekonstruovali (extrapolovali) fotosférický magnetogram této oblasti do koróny dvěma metodami, přičemž výsledky obou metody byly v zásadě konzistentní. V tomto poli pak trasovali spojnice opačně orientovaných magnetických polí (tedy magnetické siločáry), přičemž pro každou vytrasovanou siločáru vypočetli faktor expanze, fakticky poměr indukce magnetické pole v patách a na vrcholu dané smyčky.

V souladu s výsledky jiných prací autoři ukazují, že expanzní faktor má charakteristickou hodnotu asi 10 s velkým rozptylem (maximální spatřená hodnota byla kolem 80). Horizontálně zprůměrované expanzní faktory narůstají s výškou v atmosféře, což není příliš překvapivé. Zajímavější je však pohled na prostorové rozložení expanzního faktoru. Ukazuje se, že až do rozlišení daného hustotou výpočetní sítě jsou expanzní faktory vysoce strukturovány, kdy vedle sebe lze najít vlákna s vysokým i nízkým expanzním faktorem. Příčné řezy vlákny mají daleko od kruhového průřezu, v zásadě v souladu s již zmíněnou myšlenkou zploštělé smyčky. Popis J. Dudíka může přispět i k vysvětlení dalších nejasností v koróně aktivních oblastí. Závislost expanzního faktoru na výšce vysvětluje současnou přítomnost horkého „jádra“ koróny aktivní oblasti a chladné periférie. Na závěr dodejme, že předpovědi autorů lze snadno ověřit: jemná struktura koronálních smyček by měla být pozorovatelná přístroji s velmi vysokým rozlišením, např. přístrojem HiC.


Popiska obrázku: Magnetogram oblasti NOAA 11482 (nahoře), rekonstrukce koronálního magnetického pole (uprostřed) a skutečný vzhled koronálních smyček (dole).

 


Reference: Dudík, J. a kol., On the Area Expansion of Magnetic Flux Tubes in Solar Active Regions, Astrophysical Journal 796 (2014)arXiv:1409.6947

Kontakt: RNDr. Jaroslav Dudík, Ph. D., jaroslav.dudik@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.

Štítky: Magnetické pole 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

Měsíc, Merkur a konjunkce

Další informace »