Pet novosti sa Sunca

Sunce ima privilegovanu ulogu u odnosu na ostale zvezde. Pre svega, ono vrlo neposredno utiče na živi svet na Zemlji: život bez Sunčeve svetlosti ne bi bio moguć, bar ne onakav kakav je danas. Ono je ubedljivo najbliža zvezda Zemlji (oko 300 000 puta je bliže od Proksime Kentauri). To znači da smo u mogućnosti da mnogo detaljnije i pouzdanije posmatramo dešavanja na Sunčevoj površini. Primera radi, najbolji teleskopi današnjice nam daju mogućnost da razlučimo detalje veličine oko 70 km (Sunce je oko 150 miliona km udaljeno od nas). Ovo znači da je Sunce svojevrsna “prirodna labaratorija” koja nam pruža uvid u fizičke procese koji se dešavaju i u drugim, mnogo daljim fizičkim objektima.

Astrofizika XX veka je uspela da uspešno objasni procese fuzije koji se odigravaju u Sunčevom jezgru i da objasni kako se energija nastala u tim procesima prenosi do površine odakle, konačno, u obliku fotona (svetlosti) biva emitovana u okolni prostor. Ono što je, pak, još uvek nepoznanica je tzv. heliosfera, Sunčeva “spoljna” atmosfera: (oblast koja počinje iznad Sunčeve “površine” i proteže se maltene do granica Sunčevog sistema) njena struktura, fizički procesi koji u njoj vladaju i mehanizmi kojima ista dobija energiju. Konkretno, ni približno nam nije jasno kako dolazi do kontraintuitivnog porasta temperature sa visonom, sa nekih 6000K (temperatura Sunčeve površine-fotosfere) do nekoliko miliona K, koliko je temperatura Sunčeve korone. Da stvar bude zagonetnija, taj veliki porast temperature se dešava na prostornim skalama od svega nekoliko hiljada kilometara. Druga nepoznanica je Sunčev vetar, struja naelektrisanih čestica koja, izmedju ostalog, stiže i do Zemlje.

Ovi fenomeni nisu samo tu da golicaju maštu astrofizičara: Na Sunčevoj površini dolazi do burnih eksplozija kao što su tzv. flerovi i koronalni izbačaji mase koje mogu uticati na energetsku infrastrukturu na Zemlji i oštetiti satelite. Materijal izbačen u ovim burnim događajima putuje kroz heliosferu. Da bismo shvatili prirodu ovih dogadjaja i njihov uticaj na nas, potrebno je da, izmedju ostalog, bolje shvatimo Sunčevu “okolinu”, koja počinje takozvanom hromosferom i nastavlja se na “prelazni region”, oblast izmedju hromosfere i korone u kojoj dolazi do naglog rasta temperature sa nekoliko hiljada na nekoliko miliona stepeni. Ove dve oblasti se zajedno zovu “interface” region.

IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph) je satelit sa teleskopom prečnika 20 cm, posebno prilagođen za posmatranja u ultraljubičastom delu spektra, tj. upravo na onim talasnim dužinama koje su karakteristične za temperature koje vladaju u ovoj enigmatičnoj oblasti Sunčeve atmosfere. Teleskop je opremljen spektrografom visoke rezolucije tako da je moguće dobiti spektar posmatranih dogadjaja (tj. razložiti primljenu svetlost na talasne dužine) i time dobiti više informacija o fizičkim uslovima koji tamo vladaju.

U poslednjem broju časopisa Science objavljeno je čak pet radova koji se bave rezultatima dobijenim sa IRIS satelita. Ukratko ćemo pobrojati šta smo to novo saznali protekle nedelje.

Visokoenergetski elektroni u koronalnim petljama

Paola Testa i saradnici u svom radu opisuju posmatranja u kojima se vide jako brze promene intenziteta na jako malim skalama, upravo u podnožiju takozvanih koronalnih petlji. Koronalne petlje su strukture koje se protežu od površine Sunca do Sunčeve korone i za njihovo postojanje je odgovorno magnetno polje. Ono što do sada nismo znali je da one, izgleda, imaju veze i sa transportom energije od površine ka koroni.

Ključnu ulogu u tom prenosu energije imaju jako brzi elektroni koji “udaraju” u podnožija koronalnih petlji i time ih zagrevaju. Odakle onda ti brzi elektroni? Simulacije koje su analizirali saradnici IRIS tima pokazuju da se postojanje ovakvih elektrona može objasniti takozvanim nano-eksplozijama (nanoflares) čije se postojanje pretpostavlja ali su previše male da bi smo ih, za sada, mogli posmatrati. Glavni rival ovoj teoriji je do sada bila ideja o zagrevanju petlji talasima ali smo zahvaljujući IRIS-u saznali da su u pitanju diskretni i burni dogadjaji.

Mini-petlje razlučene prvi put

Najveća prednost teleskopa koji se nalazi u svemiru je to što atmosfera Zemlje ne “razmazuje” sliku i kvalitet iste je ograničen samo veličinom objektiva (veći objektiv teleskopa – oštrija slika). Pored toga IRIS posmatra u ultraljubičastom domenu koji je vrlo problematičan za posmatranja sa Zemlje zbog apsorpcije u našoj atmosferi. Zahvaljujući ovim prednostima, Viggo Hansteen i saradnici su uspeli da identifikiju nešto što ranije nije bilo moguće: jako male petlje koje se protežu svega nekoliko lučnih sekundi (par hiljada km) iznad sunčeve površine i vidljive su samo na ultraljubičastim talasnim dužinama. Postojanje ovih objekata nije mogla da potvrdi čak ni Opservatorija za Dinamiku Sunca (Solar Dynamics Observatory, SDO, vidi sliku)

Gore: UFS (unresolved fine strucure) petlje na Sunčevom rubu. Dole: Isto vidno polje, posmatrano satelitom SDO. Vidi se da je nivo detalja koje nam daje IRIS mnogo veći. Preuzeto sa http://svs.gsfc.nasa.gov.

Vrele eksplozije i mini tornadoi

Standardna slika o Sunčevoj atmosferi je sledeća: temperatura opada sa nekih 6000 do nekih 4000 K (tzv. temperaturni minimum), a onda naglo raste do nekoliko miliona stepeni, kako ulazimo u koronu. Ovaj jednostavan model, medjutim previdja, promene temperature u horizontalnoj ravni. Zavhaljujući visokoj prostornoj i spektralnoj rezoluciji IRIS-a, Peter Hardi i saradnici su uspeli da identifikuju male, ali burne eksplozije koje se odigravaju u fotosferi, na samoj sunčevoj površini.

Pošto različite spektralne linije nastaju na različitim temperaturama, spektroskopska posmatranja su otkrila postojanje lokalizovanih vrelih regiona (skoro 100 000K) u “hladnoj” sunčevoj fotosferi (nekoliko hiljada stepeni). Posmatrane spektralne linije su takodje pomerene i ka crvenom i ka plavom delu spektra (dakle svaka linija kao da ima dve komponente) što je indikator da postoji kretanje gasa u oba pravca. Brzina ovog “toka” je oko 75 km/s, što je supersonična brzina za uslove u atmosferi Sunca. Ova posmatranja nam govore da je sunčeva atmosfera čak i relativno blizu površine jako dinamična i da gas može biti značajno vreliji od onoga što očekujemo.

Koristeći sličnu metodologiju, Bart De Pontieu (inače naučni rukovodilac IRIS projekta) sa saradnicima je identifikovao jako male (nekoliko stotina km) “vrtloge” na Sunčevoj površini. Vrtložno kretanje je primećeno anlizom spektroskopskih posmatranja: plavi i crveni pomak spektralnih linija nam omogućava da identifikujemo gde se gas kreće ka nama a gde od nas.

Posmatranje površine Sunca “pod uglom” nam daje ideju o tome kako se gas kreće u horizontalnoj ravni. Zahvaljujući koordinaciji posmatranja sa Švedskim Solarnim Teleskopom (SST), IRIS tim je uspeo da u tzv. “interface” regionu otkrije ova vrtložna kretanja koja je bilo nemoguće primetiti ranije, pošto nismo imali instrument ovakve prostorne rezolucije koji nam u isto vreme omogućava da posmatramo gas temperature koja odgovara “interface” regionu. Pretpostavlja se da su ovi vrtlozi jedan od “kanala” u transportu energije sa površine Sunca ka višim slojevima atmosfere.

Mali, a brzi “džetovi” plazme

U petom radu, čiji su autori Tian i saradnici, predstavljena su posmatranja vrlo brzih i energetičnih “džetova” (usmerenih, prostorno organičenih tokova plazme) koji se takodje nalaze u “interface” regionu. Veličina ovih struktura (manje su od 300 km), u kombinaciji sa visokom temperaturom (bar 100 000 K, što znači da emituju samo u UV) ih je činila nevidljivim do sada. Pored toga, ovi “džetovi” su jako brzi: razvijaju brzine i do 250 km u sekundi.

Vrlo je moguće da upravo oni čine “začetak” Sunčevog vetra. U svakom slučaju, neophodno je dalje izučavati uticaj ovih malih a burnih dogadjaja i na Sunčev vetar i na zagrevanje korone pošto su oni, takodje, dosta česti i po svemu sudeći, i pored svoje visoke temperature i brzine, predstavljaju jedan sasvim uobičajen fenomen u atmosferi Sunca.

Ne treba, ipak, smetnuti sa uma da do većine predstavljenih podataka dolazimo indirektno, tj. da se naše poznavanje Sunca, pa i svemira uopšte, zasniva uglavnoj na našoj interpretaciji posmatranih fenomena i njihovih spektara (sem ovoga, možemo da posmatramo neutrine i kosmičke zrake), te da jedan posmatrani fenomen često može biti objašnjen različitim “modelima”.

Upravo zbog ovoga je važna izgradnja novih satelita koji posmatraju isti objekat ali na različitim talasnim dužinama i razvijanje što kompleksnijih i “integrisanijih” fizičkih modela posmatranih objekata, koji će moći jednim konzistentnim “udarcem” da objasne različite posmatrane fenomene.