Blíží se maximum 25. cyklu sluneční aktivity

Naše nejbližší hvězda je astronomům obvykle na obtíž, ale na druhou stranu je úžasným objektem, který nám poskytuje mimořádnou možnost zkoumat objekt tohoto typu. Vždyť všechny ostatní stálice jsou nesrovnatelně dál od nás a prakticky je můžeme sledovat pouze jako nerozlišitelné body v nepředstavitelných dálavách vesmíru. Naopak Slunce je pro nás zdrojem úžasných možností jak detailně studovat fyziku hvězd.

Jaké základní informace tedy dnes o Slunci známe. Slunce vzniklo asi před 4,6 miliardami let a bude svítit ještě dalších cca 7 miliard let. Stejně jako všechny hvězdy hlavní posloupnosti, i Slunce září díky termonukleárním reakcím v jádře. Povrch se neustále mění, vznikají a zanikají sluneční skvrny, protuberance, erupce a další sluneční útvary. Slunce ovlivňuje Zemi, stejně jako i ostatní tělesa Sluneční soustavy nejen gravitačně, ale i zářením v širokém spektru vlnových délek, magnetickým polem a slunečním větrem.

Slunce je hvězdou s průměrnou velikostí a ani jeho poloha v naší Galaxii není nijak výjimečná. Leží asi v 1/3 průměru disku Galaxie (přibližně 30 000 světelných roků od jejího středu). Celé sluneční těleso rotuje, avšak vzhledem k jeho plynnému charakteru je rotace rovníkových vrstev rychlejší než rotace pólů. Slunce má výrazné magnetické pole, do kterého je ponořena celá Sluneční soustava.

Jak vypadají vrstvy Slunce?

Vlastní těleso astronomové rozčlenili do několika vrstev. V samém středu se nachází jádro. Právě zde musíme hledat energetický zdroj nejen vlastního Slunce, ale i celé Sluneční soustavy. Má hustotu stokrát vyšší než voda a teplotu 15 milionů kelvinů. V tomto dokonalém reaktoru probíhá nepředstavitelné množství reakcí, jejichž důsledkem je přeměna vodíku na hélium za současného uvolňování energie v podobě fotonů a neutrin. Nejrozšířenějším souborem reakcí je v našem Slunci protono-protonový řetězec, v menší míře probíhá CNO cyklus.

Jádro obaluje tzv. vrstva v zářivé rovnováze, která má tloušťku přibližně 500 tisíc kilometrů. Touto oblastí putují fotony z jádra k povrchu několik set tisíc let. Zdánlivě pomalý pohyb fotonů je způsoben jejich pohlcováním volnými elektrony a opětovným vyzářením v náhodném směru. Již blíže povrchu se nachází konvektivní zóna. Je to oblast mezi zářivou vrstvou a povrchem Slunce, v níž se energie šíří prouděním (konvekcí). Horké sluneční plazma proudí vzhůru a po vyzáření části energie klesá chladnější hmota zpět do hlubin Slunce. Tato zóna sahá do 200 tisíc kilometrů pod viditelný povrch Slunce. Na spodní hranici konvektivní zóny, která hraničí s radiační zónou, se obrací směr rychlosti proudění, fluktuace rychlosti zde mají nejvyšší hodnotu, a proto v této oblasti dobře funguje tekutinové dynamo a je zde generováno magnetické pole.

Viditelnému povrchu Slunce říkáme fotosféra. Její teplota se pohybuje kolem 5 800 K. Pro fotosféru je charakteristická tzv. granulace, která je tvořena vrcholky vzestupných a sestupných proudů z konvektivní zóny. Nejznámějšími útvary ve fotosféře jsou však sluneční skvrny. Z fotosféry jsou vyvrhovány protuberance – oblaka plazmatu ovládaná magnetickými poli.

Další vrstva je již považovaná za sluneční atmosféru, chromosféra je relativně tenká a řídká vrstva těsně přiléhající k fotosféře. Teplota chromosféry roste směrem od Slunce. Dominantním mechanizmem ohřevu je rozpad různých typů vln a nestabilit plazmatu, zejména Alfvénových vln. Typickými útvary jsou například chromosférické erupce – náhlá zjasnění v chromosféře.

Nad chromosférou se nachází rozsáhlá koróna. Je to jakási řídká horní atmosféra Slunce, která nemá ostré hranice a zasahuje hluboko do Sluneční soustavy. Teplota koróny v blízkosti Slunce (cca 1,5×10⁶ K) je paradoxně vyšší než teplota fotosféry (5 800 K). Koróna je zahřívána především rozpadem magnetoakustických vln šířících se plazmatem. S vysokou teplotou koróny souvisí neobvyklé spektrální čáry vysoce ionizovaných kovů, které byly dříve považovány za nový prvek – korónium. Koróna je pozorovatelná i pouhým okem při úplných zatměních Slunce.

Co můžeme na Slunci spatřit?

Bezesporu nejnápadnějším projevem sluneční aktivity jsou sluneční skvrny. Jedná se o oblasti na slunečním povrchu s intenzivní magnetickou aktivitou, díky které mají nižší teplotu než okolí (méně než 5 000 K). Jsou to viditelné projevy trubic magnetických toků v konvektivní zóně. Ačkoli jsou ve skutečnosti velmi jasné, v porovnání s okolím se jeví jako tmavé. Někdy mají z našeho zemského pohledu až neuvěřitelné rozměry (i 50 tisíc km). Vyskytují se většinou ve skupinách. První potvrzené zmínky o jejich pozorování máme z roku 1611, ale lidé o nich věděli již od starověku.

Obtížněji pozorovatelné jsou protuberance. Jsou to výtrysky sluneční hmoty vystřelující desetitisíce kilometrů nad povrch, ovládané magnetickým polem Slunce. Jejich tvar kopíruje siločáry lokálního magnetického pole. Mimo úplná zatmění nám je ukáží pouze speciální chromosférické dalekohledy.

Dalším sluneční aktivitou jsou erupce. Projevují se jako náhlá zjasnění ve fotosféře a chromosféře doprovázená výrazným uvolněním hmoty a energie. V extrémních případech může dojít až k odtržení oblaku plazmatu se zamrzlým magnetickým polem, který poté putuje Sluneční soustavou (tzv. koronální výron hmoty). Setká-li se takový oblak s magnetosférou naší Země, dojde k výrazným polárním zářím a magnetickým bouřím.

Při detailním studiu fotosféry astronomové zjistili, že prakticky celý povrch Slunce pokrývají spikule. Jedná se úzké výtrysky plynů z chromosféry s dobou života pouhých několik minut. Dosahující velikosti jednotek tisíc kilometrů. Nejnápadnější jsou na okraji supergranulačních oblastí.

Další významný projev aktivity Slunce je opět možné sledovat pouze specializovanými přístroji. Jedná se o magnetické pole Slunce, které je ovlivňováno rotací Slunce. Siločáry jsou tvarovány do tzv. Archimédových spirál. Plocha nulového pole je v rovníkové oblasti výrazně rozvlněna. V období minima aktivity má pole přibližně dipólový charakter, v období maxima je složitější. Přibližně po jedenácti letech dochází k přepólování. Tuto jedenáctiletou periodu sleduje také sluneční aktivita (například počty skvrn) i samotný sluneční výkon.

Poslední projev sluneční aktivity, sluneční vítr, je označení pro proud nabitých i  neutrálních částic, vyvrhovaných ze Slunce. Sluneční vítr se projevuje interakcí s magnetosférami planet a komet. Vytváří rázové vlny a tvaruje magnetické pole planet. Při průniku částic do magnetosféry Země dochází k polárním zářím a magnetickým bouřím. Zejména jde o protony, elektrony a alfa částice (jádra hélia).

Cykly sluneční aktivity

Jak už bylo zmíněno, elektromagnetické pole Slunce podléhá časovým změnám. O slunečním cyklu poprvé psal Heinrich Schwabe už v roce 1843, i když objeven byl už v 70. letech 18. století Christianem Horrebowem, jehož práce ale bohužel zapadla. Švýcarský astronom Rudolf Wolf (1816–1893) dopočetl sluneční aktivitu zpětně až do poloviny 17. století a cyklus z let 1755 až 1766 označil jako první. V roce 2010 Slunce podle tohoto značení zahájilo 24. cyklus své činnosti.

Ten skončil v prosinci 2019. Vyznačoval se nikoliv jedním ale dvěma výraznými vrcholy a byl nejslabším za posledních 100 let. Odborníci dospěli k názoru, že cyklus 25, který už nějakou dobu běží, se bude vyznačovat nevýraznou aktivitou. Jak se ale ukazuje, Slunce na to má svůj vlastní názor. Od počátku cyklu 25 je patrné, že sluneční aktivita převyšuje původní odhady. Tento trend se navíc prohlubuje, takže v současné době je Slunce výrazně aktivnější, než s čím počítaly dřívější předpovědi.

Nejjednodušším měřítkem aktivity je množství slunečních skvrn. Na základě jejich pozorování, a také s využitím dalších parametrů americké agentury NOAA, NASA a International Space Environmental Service předpověděly, jak by měl vypadat současný cyklus 25. Předpovědi nevyšly a zdá se, že Slunce vstupuje naopak do cyklu s neobvykle vysokou aktivitou.

Zatím vše nasvědčuje tomu, že můžeme čekat častější a silnější sluneční bouře se všemi jejich negativními projevy. I v tomto případě ale platí, že vše zlé je k něčemu dobré. Pokud se potvrdí, že aktuální sluneční cyklus bude doprovázen silnou aktivitou Slunce, přijdou si na své milovníci polárních září. Můžeme čekat častější a velkolepější nebeská představení, která by se mohla objevovat i v našich zeměpisných šířkách.