Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (263): Magnetické pole v penumbře sluneční skvrny a pohyb penumbrálních zrn

Výzkumy v ASU AV ČR (263): Magnetické pole v penumbře sluneční skvrny a pohyb penumbrálních zrn

Jedna z vyšetřovaných slunečních skvrn s identifikovanými penumbrálními zrny. Barevnými úsečkami jsou naznačeny identifikované trajektorie jednotlivých zrn, zelenou barvou je naznačen pohyb dovnitř do skvrny, červenou pak pohyb ven. Zelené úsečky zjevně převažují ve vnitřní části, zatímco červené ve vnější.
Autor: Michal Sobotka

Pozorování slunečních skvrn s vysokým rozlišením odhalují přítomnost velmi jemných struktur, z nichž některé se nacházejí na samotné hranici pozorovatelnosti. Již delší dobu je známa přítomnost tzv. penumbrálních zrn, jasných struktur v penumbře skvrn, jejichž zdánlivý pohyb není stále uspokojivě vysvětlen. Michal Sobotka ze Slunečního oddělení ASU vedl studii, která statisticky ověřovala hypotézu tento zdánlivý pohyb vysvětlující.

Sluneční skvrny jsou bezpochyby nejvíce známými projevy sluneční činnosti. Silné koncentrace magnetických polí natolik ovlivňují proudění horkého plazmatu z nitra Slunce, že tyto oblasti velmi intenzivně chladnou a stávají se tak ve srovnání s okolím tmavšími. Charakter konvekce, která vynáší přehřáté bubliny plazmatu ze slunečního nitra na povrch, je přítomností magnetického pole také podstatně změněn. Místo granulí, obřích bublin s rozměry srovnatelnými se Španělskem, zde pozorujeme celou řadu mnohem menší útvarů, v nichž lze jen s velkou dálkou fantazie dosledovat jejich konvektivní původ.

Vyvinutá sluneční skvrna je na první pohled sestavena ze dvou odlišných částí, z vnitřní velmi tmavé umbry, která je obklopena světlejší penumbrou. Již lepší amatérské dalekohledy ukáží, že penumbra není jednolitá, ale je sestavena z radiálních vláken, tzv. penumbrálních filamentů. Profesionální dalekohledy s vysokým rozlišením ukazují, že tyto penumbrální filamenty mají svoji vnitřní strukturu. Výraznými jsou zejména jejich hlavy, které připomínají svým vzhledem hlavu komety. Tyto útvary, jasnější než okolí, byly pojmenovány jako penumbrální zrna.

Penumbra skvrny není statická. Pozorování založená na Dopplerově jevu ukazují, že horké plazma teče v rámci penumbrálních filamentů ven ze skvrny, filamenty tedy představují zmagnetizované trubice, jimiž teče plazma. Pohyby zrn jsou ovšem komplikovanější. Pokud jsou odvozeny ze sekvence pozorování, ukazuje se, že zrna se převážně pohybují ven ze skvrny, pokud se nacházejí ve vnější části penumbry, a dovnitř skvrny do umbry, pokud se nacházejí ve vnitřní polovině penumbry. Přitom vlastní pohyb plazmatu je stále ven. Vzniká tak zdánlivý rozpor. Pohyb penumbrálních zrn tak není fyzickým pohybem, ale spíše iluzí vyvolanou změnou struktury penumbrálního filamentu. Asi jako když se plazí housenka a po těle jí probíhají svalové vlny zjevně rychleji, než odpovídá rychlosti skutečného pohybu tvora.

I tato pozorování je ovšem potřeba vysvětlit na fyzikálních principech. V nedávné minulosti se objevily v literatuře hypotézy a náznaky, že by mohlo jít o interakci magnetického pole uvnitř penumbrálního filamentu v místě zrna a pole okolního. Je totiž známo, že sklon magnetického pole v penumbře se se vzdáleností od umbry mění. Ve vnitřní části je více vertikální, zatímco na přechodu do okolní fotosféry je toto pole téměř horizontální. V umbrálních zrnech se pozoruje podobný trend, je ovšem výrazně pomalejší. Objevila se tak myšlenka, že pokud je sklon pole filamentu v místě zrna větší než je sklon okolního magnetického pole, bude přirozeně docházet k vyrovnávání této změny a to povede ke zdánlivému pohybu zrna ve směru vertikálnějšího pole, tedy směrem dovnitř skvrny. Naproti tomu, pokud by byl sklon vnitřního pole v penumbrálním zrně menší než okolí, můžeme očekávat opačný proces, tedy zdánlivé vytlačování penumbrálního zrna ven ze skvrny.

Tuto lákavou myšlenku ověřoval statisticky tým odborníků pod vedením Michala Sobotky z ASU. K tomuto účelu využili pětici pozorování slunečních skvrn s vysokým rozlišením, a to jak z kosmické družice Hinode, tak ze dvou významných pozemních přístrojů umístěných na Kanárských ostrovech. Ve všech případech se nejednalo pouze o pořizování snímků, ale současně také o získání spektropolarimetrických dat. Vektor magnetického pole totiž nelze měřit přímo, ale je nutné jej vypočítat právě ze spekter pořízených v polarizovaném světle. Bohužel, tyto dvě datové sady nelze pořizovat zcela simultánně, autoři tedy museli věnovat zvýšenou pozornost správné identifikaci jednotlivých struktur.

Výsledky však statisticky velmi podporují naznačenou myšlenku. Skutečně to vypadá, že více než polovina penumbrálních zrn pohybujících se dovnitř směrem k umbře má větší sklon magnetického pole ve srovnání s okolím. Podobný zlomek zrn směřujících ven ze skvrny má naopak sklon menší než okolí.

Modelu nevyhovují všechny exempláře z více než sedmi stovek individuálně vyšetřovaných, statisticky ale jednoznačně převažují ty vyhovující. Autoři v představované práci ovšem upozorňují, že rozporuplné výsledky u nevyhovujících exemplářů nemusí nutně znamenat neúspěch. Svoji roli totiž hrají nejistoty měření, jejichž původ je jak v pozorování tak v inverzních metodách počítajících vektor magnetického pole. Naznačují tak, že nová generace slunečních dalekohledů, jako je například již fungující čtyřmetrový DKIST na Havajských ostrovech, může do věci vnést jasněji.

REFERENCE

M. Sobotka, J. Jurčák a kol. 2024, The relation between magnetic field inclination and the apparent motion of penumbral grains, Astronomy & Astrophysics, 682, A65

KONTAKTY

RNDr. Michal Sobotka, DSc.
msobotka@asu.cas.cz
Sluneční oddělení Astronomického ústavu AV ČR

 

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Sluneční oddělení Astronomického ústavu 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. Slovem i písmem se pokouší o popularizaci oboru, je držitelem ceny Littera Astronomica. 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. 

Štítky: Hinode, GREGOR, Sluneční skvrny, Astronomický ústav AV ČR


21. vesmírný týden 2024

21. vesmírný týden 2024

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 20. 5. do 26. 5. 2024. Měsíc ve fázi kolem úplňku silně září na noční obloze a vlastně tím začíná období světlejších nocí, protože se blíží slunovrat. Planety večer vidět nejsou a na ranní obloze je pouze velmi nízko Saturn a snaží se vylézt i Mars. V koronografu SOHO budou v konjunkci Jupiter a Venuše. Aktivita Slunce je pořád docela velká, i když ve světle uplynulého týdne výrazně nižší. Pozorovatelé deep-sky objektů a komet jistě znají online web CzSkY.cz, který doznal dalšího vylepšení. New Shepard je zpět ve službě. Starliner na svůj let s posádkou stále čeká. Falcon 9 zaznamenal již 21. znovupoužití prvního stupně.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

V zajetí barev

Titul Česká astrofotografie měsíce za duben 2024 obdržel snímek „V zajetí barev“, jehož autorem je Pavel Váňa   Kdo by neměl rád jaro, kdy po studených zamračených  dnech, skrovně prosvětlených hřejivými slunečními paprsky se příroda začíná probouzet. Zelenající se stromy jsou

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Měsíční krátery a moře

Další informace »