Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (168): Hustota plazmatu, velikost magnetického pole a turbulence ve sluneční erupci

Výzkumy v ASU AV ČR (168): Hustota plazmatu, velikost magnetického pole a turbulence ve sluneční erupci

Rádiové spektrum zobrazující zebru ze 14. února 1999.
Autor: Astronomický ústav AV ČR

Marian Karlický ze Slunečního oddělení ASU je nestorem teoretického výzkumu dění ve slunečních erupcích a interpretace rádiových pozorování. V představované práci společně se svým ruským spolupracovníkem Leonidem Jasnovem využil pozorování zvláštního typu rádiových záblesků na Slunci k určení fyzikálních podmínek v místě probíhající erupce.

Sluneční erupce, coby nejenergetičtější projevy sluneční aktivity, vyzařují na všech vlnových délkách celého elektromagnetického spektra. Dobře je známo náhlé zvýšení zářivého toku v tvrdých oblastech rentgenového nebo ultrafialového záření, které souvisí s velmi vysokými teplotami plazmatu v  oblasti erupce. V důsledku netermálních procesů jsou ale erupce zdrojem i podstatně měkčího rádiového záření. 

Elektromagnetické vlnění se v plazmatu, tedy horkém plynu s nabitými částicemi, šíří jinak než v běžných látkách. Tak například zde existuje hraniční frekvence vlnění. Má-li vlnění frekvenci nižší, nemůže se v plazmatu šířit, neboť je velmi účinně tlumeno. Tzv. plazmová frekvence má svoji hodnotu nejčastěji v oblasti odpovídající právě rádiovým vlnovým délkám. To znamená, že i když mohou být procesy v erupci zdrojem rádiových vln v celém spektru, ke vnějšímu pozorovateli se dostanou jen ty, které překonají hraniční plazmovou frekvenci. Zdálo by se to jako nevýhoda, ale pravý opak je pravda. Identifikace hraniční frekvence v pozorováních umožňuje na dálku určit například hustotu plazmatu v erupčním místě. V plazmatu můžeme identifikovat i jiné charakteristické frekvence, které se často objevují v pozorovaném elektromagnetickém spektru. Cyklotronová frekvence, která závisí na indukci magnetického pole, nebo horní hybridní frekvence, která je kombinací frekvence cyklotronové a plazmové. 

Rádiové záření Slunce lze relativně snadno pozorovat, vhodná technologie je rutinně k dispozici přibližně od 2. světové války. V ASU v Ondřejově vznikla kolem tohoto problému pracovní skupina, která obhospodařuje a postupně modernizuje několik radioteleskopů, které Slunce pozorují na mnoha vlnových délkách vždy, když je nad obzorem, a to bez ohledu na počasí. To je velkou výhodou rádiových vlnových délek – prostupují oblačností. Vzhledem k dostupnému skenování ve frekvenci a kontinuálnímu záznamu v čase lze pořízená pozorování zobrazovat např. prostřednictvím tzv. dynamických spekter. Jde o dvojrozměrný obraz intenzity rádiového záření, kdy na vodorovné ose běží čas a na ose svislé frekvence záření. 

Některá rádiová vzplanutí mají v dynamických spektrech velmi komplikovaný vzhled. Často připomínají zástupce živočišné říše, po nichž tak získávají názvy. Před téměř půlstoletím byla poprvé pozorována vzplanutí typu zebra. Tato vzplanutí v dynamických spektrech připomínají vlnící se horizontální pruhy s přibližně stálými frekvencemi. Jednotlivé pruhy jsou od sebe odděleny přibližně stejnými frekvenčními rozdíly. Nejvíce propracovaným teoretickým modelem pro vzplanutí typu zebra je model s dvojitou plazmovou rezonancí. Ten předpokládá, že zvýšená emise je pozorována na takových frekvencích, kdy si odpovídají horní hybridní frekvence a celočíselný násobek cyklotronové frekvence. Vlny s frekvencí vyhovující rezonanční podmínce jsou zesilovány. Odstup pruhů ve frekvenci souvisí s prostorovou změnou hustoty plazmatu a indukce magnetického pole, tedy jak rychle se tyto veličiny zmenšují se vzdáleností podél erupční smyčky. Pruhy zebry se v čase vlní a toto vlnění se připisuje turbulentnímu chování plazmatu. 

Zdá se až neuvěřitelné, jaké všechny základní parametry lze v principu získat ze vzdáleného pozorování Slunce s pomocí radioteleskopů. Nic ale není zadarmo, pro měření frekvencí pruhů zebry  a jejich interpretaci je třeba sestavit pokročilý počítačový program, údaje z něj jsou pak využity k výpočtu parametrů plazmatu a magnetického pole v rezonanční erupční oblasti. To vše však autoři zvládli a svoji metodiku použili pro výjimečně kvalitní pozorování vzplanutí typu zebra z 14. února 1999 získaného s pomocí radioteleskopů v Ondřejově. Z analýzy vyplývá, že během této události dosáhla hustota plazmatu v erupční oblasti kolem 3×1010 částic v kubickém centimetru a magnetická indukce 1,7‒3,2 mT. Autoři též studovali turbulentní vlastnosti hustoty i magnetické indukce a zjistili, že turbulentní změny v daném místě zdroje zebry zachycené v čase jsou výraznější než turbulentní změny podél zdroje zebry. To je podle autorů indikátorem anizotropie této turbulence, zřejmě vyvolané okolním magnetickým polem. Z pozorovaných vlastností lze odhadnout i teplotu v erupční oblasti, která pro případ erupce z 14. 2. 1999 byla autory určena na 3 miliony stupňů. 

Práce jasně demonstruje, že i relativně jednoduchá pozorování prováděná technikou z konce minulého století lze v součinnosti se správnou interpretací použít k určení hodnot základních fyzikálních veličin v erupcích. Tyto informace slouží k upřesnění modelů, popisujících tyto erupční jevy s potenciálním vlivem na život na Zemi.  

REFERENCE

M. Karlický, L. Jasnov, Estimating density and magnetic field turbulence in solar flares using radio zebra observations, Astronomy & Astrophysics 638 (2020) A 22

KONTAKTY

prof. RNDr. Marian Karlický, DrSc.
karlicky@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: Zebra, Sluneční erupce, Astronomický ústav AV ČR


33. vesmírný týden 2020

33. vesmírný týden 2020

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 10. 8. do 16. 8. 2020. Měsíc bude v poslední čtvrti. Jupiter a Saturn jsou vidět celou noc, po půlnoci už je vysoko také Mars a nad ránem je vidět Venuše. Večerní obloha ukrývá tři komety v Pastýři. Pokračuje viditelnost skvrn na povrchu Slunce. Nastává maximum meteorického roje Perseid. Uplynulý týden přinesl úspěchy SpaceX – přistání Crew Dragonu, letový test Starship SN5 a start 9. várky Starlink. Očekáváme start malé rakety Electron a velké evropské Ariane 5. Před 30 lety začala Venuši studovat sonda Magellan, která pořídila podrobnou radarovou mapu povrchu.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Velká kometa roku 2020

  Titul Česká astrofotografie měsíce za červenec 2020 získal snímek „Velká kometa roku 2020“, jehož autorem je Václav Paveza   Kometa, někdy též zvaná vlasatice, byla dlouho v historii nositelem špatných zpráv. Zejména pro vládce a vojevůdce. Těm vždy něco vyvěštila, ať byli na

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

M27 (Čínka)-2020-07-14

M27 - 14. 7. 2020, Alšovice, Celestron Egde HD 9.25", Optec Lepus 0.64x, Optolong L-eNhannce 2", ZWO ASI294MC Pro, 30x180sec, dark flat, bias

Další informace »