Výzkumy v ASU AV ČR (82): Pozoruhodný vývoj sluneční póry

Vyvinuté sluneční skvrny mají dvě zřejmé části: umbru a penumbru. Obě se liší jednak jasem (umbra je tmavší), tak strukturou (penumbra je tvořena radiálními vlákny). Magnetické pole v umbře je také silnější a více vertikální. Zatímco vznik umbry lze uspokojivě vysvětlit modelem konvektivního kolapsu, kdy jsou k sobě natlačeny magnetické elementy pohyby v konvektivních granulích, podmínky vzniku penumbry nejsou prozatím uspokojivě vysvětleny. 

Klasické modely předpokládají, že se musí magnetické pole sklonit o nadkritický úhel (obvykle se uvádí o 45 stupňů), což způsobí změnu probíhající magnetokonvekce z režimu fungujícího v umbře do režimu, který se realizuje v penumbře. Aby vůbec ke sklánění došlo, musí být celkový magnetický tok ve sluneční skvrně dostatečně velký, s hodnotou řádově 10¹² Wb. Tato hypotéza byla v minulosti několikrát uspokojivě testována. Příroda však má tendenci házet fyzikům klacky pod nohy a tím pověstným klackem v tomto případě byly penumbry na hranicích malých pór a osiřelé penumbry. Tedy vláknité struktury téměř horizontálního magnetického pole vlastnostmi zcela podobné penumbře vyvinuté skvrny, avšak bez přímého kontaktu s umbrou, z níž by se měla podle tohoto modelu vyvinout. Existence osiřelých penumber je tedy vadou na kráse jinak dobře propracované hypotézy. Magnetický tok v osiřelých penumbrách je obvykle menší než výše uvedená hranice, z čehož vyplývá, že podmínka mohutné skvrny není podmínkou nutnou pro vznik penumbry. 

Problému se již v minulosti věnoval i Jan Jurčák z ASU se svými spolupracovníky z Německa. V minulosti ukázal, že k formování penumbry dochází ve sluneční fotosféře vždy, když je přítomno stabilní horizontální magnetické pole, a že stabilní rozhraní umbra-penumbra ve vyvinuté skvrně má jednu pozoruhodnou vlastnost. Tou je vertikální komponenta magnetického pole s magn. indukcí kolem 0,18 T. 

Náhoda tomu chtěla, že přístroj Solar Optical Telescope (SOT), což je půlmetrový dalekohled na palubě japonské observatoře Hinode, ve dnech 6. až 8. června 2007 studoval kampaňovitě vývoj aktivní oblasti NOAA 10960. SOT je dalekohledem mimo zemskou atmosféru s rozlišením kolem 150 km na obrazový element. V zorném poli byla dobře patrná slabá póra, která se postupně přerodila v osiřelou penumbru. Slunce bylo v tomto procesu přistiženo přímo při činu. 

Autoři práce využili při studiu nejen snímky popisující kontext přetvářené póry, ale i spektropolarimetrická měření, z nichž vypočetli parametry atmosféry včetně konfigurace magnetického pole. Na animaci je dobře patrné, že na počátku pozorování se ve studovaném místě nacházela osamocená malá póra přepůlená slabým světelným mostem. Již dvě hodiny po začátku pozorování se u západního okraje póry začala objevovat struktura penumbry. Po dalších pěti hodinách se oba útvary propojily penumbrálními filamenty, jejichž hlavy – označujeme je jako penumbrální zrna – byly již propojeny s okrajem póry. Penumbrální zrna se v průběhu následujících hodin zdánlivě pohybují směrem do póry, čímž posouvají hranici umbra-penumbra, až je póra penumbrálními filamenty zcela pohlcena. 

V souvislosti s již zmíněným požadavkem na určitou hodnotu vertikálního magnetického pole na stabilním rozhraní umbra-penumbra je třeba zmínit, že v průběhu celé sekvence vertikální složka magnetického pole v pozorované póře nepřekročila magn. indukci 0,14 T, což je méně než uváděných 0,18 T. Stabilní hranice umbra-penumbra se tedy nemohla vytvořit a penumbrální režim magnetokonvekce postupně zachvátil celou oblast póry. 

Nové pozorování a jeho analýza tedy vnáší další světlo do popisu vzniku struktur ve slunečních skvrnách. Zdá se, že přerod umbry s vertikálním polem do penumbry s horizontálním polem začíná v okamžiku sklonu magnetického pole pod kritický úhel, ale aby se ve skvrně vystavěla stabilní hranice mezi umbrou a penumbrou, je zapotřebí, aby vertikální komponenta tohoto pole dosáhla na určitou mez. Pokud tomu tak není, magnetické pole celého útvaru se zcela skloní a sluneční fyzikové pak pozorují osiřelou penumbru.  

REFERENCE

Jurčák J. a kol., A distinct magnetic property of the inner penumbral boundary. II. Formation of a penumbra at the expense of a pore, Astronomy & Astrophysics 597 (2017) id.A60, preprint arXiv:1612.01745

KONTAKT

Mgr. Jan Jurčák, Ph. D.
Sluneční oddělení Astronomického ústavu AV ČR
Email: jan.jurcak@asu.cas.cz

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Sluneční oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.