Μια στριμμένη ιστορία των ηλιακών κηλίδων

Ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα στην ηλιακή αστρονομία μπορεί να έχει μια απάντηση μετά από περισσότερα από 400 χρόνια, χάρη σε μια περίεργη ομάδα Γερμανών ερευνητών. Κάθε έντεκα χρόνια, ο πληθυσμός των ηλιακών κηλίδων που παρατηρείται στην επιφάνεια του τοπικού μας αστεριού φτάνει στο μέγιστο, πριν πεθάνει. Ένας άλλος πληθυσμός ηλιακών κηλίδων αρχίζει να εμφανίζεται (αυτή τη φορά με τους πόλους τους να αντιστρέφονται από τον προηγούμενο κύκλο) προτού να κορυφώσουν και να εξαφανιστούν. Αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι γνωστή, αλλά ο λόγος για αυτές τις 11χρονες κορυφές παραμένει μυστήριο, μέχρι τώρα.

Το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου μπορεί να επηρεαστεί από τις βαρυτικές δυνάμεις της Αφροδίτης, της Γης και του Δία, με αποτέλεσμα τον κυκλικό κύκλο ηλιακής κηλίδας, σύμφωνα με νέα μελέτη. Οι ερευνητές συνέκριναν τους ηλιακούς κύκλους με τις θέσεις των πλανητών, βρίσκοντας ότι οι βαρυτικές δυνάμεις αυτών των τριών κόσμων ενεργούν σαν ένα κοσμικό ρολόι, ρυθμίζοντας τον ηλιακό κύκλο.

«Υπάρχει ένα εκπληκτικά υψηλό επίπεδο αντιστοιχίας: αυτό που βλέπουμε είναι ο πλήρης παραλληλισμός με τους πλανήτες κατά τη διάρκεια 90 κύκλων. Όλα δείχνουν μια χρονομετρημένη διαδικασία », εξήγησε ο Frank Stefani του ερευνητικού ινστιτούτου Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).

Ο κύκλος της ηλιακής κηλίδας μπορεί να φανεί εύκολα σε αυτό το γραφικό, που παρήγαγε η NASA το 2017. Βρισκόμαστε επί του παρόντος σε χαμηλό σημείο του κύκλου. Πιστωτική εικόνα: NASA / ARC / Hathaway

Χάσατε ένα σημείο εκεί

Οι ηλιακές κηλίδες εμφανίστηκαν για πρώτη φορά ξεκάθαρα μεταξύ των ετών 1610 και 1611, τα χρόνια μετά την εφεύρεση του τηλεσκοπίου. Αν και το Galileo έχει συχνά την αναγνώριση για την ανακάλυψη, αρκετοί πρωτοπόροι αστρονόμοι της εποχής ανέφεραν ότι βρίσκουν τα διακριτά σκοτεινά σημεία στη Σελήνη περίπου την ίδια ώρα.

Μια ηλιακή κηλίδα, που φαίνεται από το Παρατηρητήριο Ηλιακής Δυναμικής (SDO) αναδεικνύει το ισχυρό μαγνητικό πεδίο της. Πιστωτική εικόνα: Goddard Space Flight Center / SDO της NASA

Η δημοσίευση της πρώτης εφημερίδας που αναγνώρισε αυτά τα χαρακτηριστικά, από τον Ολλανδό αστρονόμο Γιοχάνες Φάμπρικους, συγκλόνισε τον zeitgeist της κοινωνίας των αρχών του 17ου αιώνα, η οποία πάντα πίστευε σε έναν τέλειο, αμετάβλητο, χωρίς χαρακτηριστικά ήλιο.

Το De Maculis στο Sole observatis et Apparente earum cum Sole Conversione Narratio (Αφήγηση για τα σημεία που παρατηρήθηκαν στον ήλιο και η φαινομενική περιστροφή τους με τον ήλιο), που δημοσιεύθηκε τον Ιούνιο του 1611, ήταν η πρώτη επιστημονική εργασία που δημοσιεύτηκε και περιγράφει τις ηλιακές κηλίδες. Εικόνα δημόσιου τομέα.

«Εκείνη την εποχή, οι άνθρωποι πίστευαν ότι ο ήλιος ήταν απαραβίαστο, αμετάβλητο, τέλειο σώμα. Αυτό που έκαναν οι άνθρωποι όπως ο Fabricius και ο Galileo έδειξαν ότι αυτά τα σημεία ταξίδευαν γύρω από την επιφάνεια και ότι ο ήλιος περιστράφηκε », περιγράφει ο ηλιακός φυσικός Keith Strong, του Goddard Space Flight Center της NASA.

Όλοι παρατάσσονται!

Η μεγαλύτερη βαρυτική δύναμη των πλανητών στον Ήλιο εμφανίζεται μία φορά κάθε 11.07 χρόνια, όταν η Αφροδίτη, η Γη και ο Δίας έρχονται σε ευθυγράμμιση. Η βαρυτική έλξη από αυτήν τη διάταξη οδηγεί σε παλιρροιακές δυνάμεις στον Ήλιο, παρόμοια με τον τρόπο που η δική μας Σελήνη τραβάει τους ωκεανούς προς τα πάνω, δημιουργώντας παλίρροιες.

Αυτό το αποτέλεσμα δεν είναι αρκετά ισχυρό για να επηρεάσει το εσωτερικό του αστρικού μας συντρόφου, επομένως ο χρόνος αυτής της ευθυγράμμισης είχε προηγουμένως παραβλεφθεί σε προηγούμενες μελέτες κύκλων ηλιακής κηλίδας. Ωστόσο, μια φυσική επίδραση γνωστή ως η αστάθεια του Tayler είναι ικανή να αλλάξει τη συμπεριφορά των αγώγιμων υγρών ή ενός πλάσματος.

Η αστάθεια του Tayler μεταβάλλει τον ρυθμό ροής του υλικού (τη ροή) σε ένα αντικείμενο, όπως ο Ήλιος, και μπορεί να επηρεάσει τα μαγνητικά πεδία. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να προκληθεί από σχετικά μικρές κινήσεις σε υλικά όπως το πλάσμα που βρίσκεται στην επιφάνεια του Ήλιου. Λόγω αυτού του αποτελέσματος, αυτές οι σχετικά μικρές παλιρροιακές δυνάμεις μπορούν να αλλάξουν τη σχέση των ηλιακών κηλίδων με την κατεύθυνση του ταξιδιού τους. Αυτή η μέτρηση, γνωστή ως ελικοειδής περιοχή πλάσματος, μεταβάλλει το ηλιακό δυναμό (τη φυσική διαδικασία που δημιουργεί το μαγνητικό πεδίο του γονικού μας άστρου).

Ο Ήλιος, έτσι καθισμένος, από τους Μηχανικούς Νόμους, τη Γη και κάθε μακρινό Πλανήτη σχεδιάζει.
Με ποια έλξη όλοι οι πλανήτες που βρέθηκαν, εντός προσιτότητας του, γυρίζουν στον γύρο του Αιθέρα.
- Richard Blackmore, In Creation: A Philosophical Poem in Seven Books

«Τα μαγνητικά πεδία μοιάζουν με λαστιχένιες ταινίες. Αποτελούνται από συνεχείς βρόχους γραμμών δύναμης που έχουν τόσο ένταση όσο και πίεση. Όπως και οι λαστιχένιες ταινίες, τα μαγνητικά πεδία μπορούν να ενισχυθούν με τέντωμα, περιστροφή τους και αναδίπλωση τους. Αυτό το τέντωμα, το στρίψιμο και το δίπλωμα γίνεται από τις ροές υγρών μέσα στον Ήλιο », εξηγεί το Κέντρο Διαστημικής Πτήσης Marshall.

Ο Στεφάνι είχε τις αμφιβολίες του εάν οι παλιρροιακές δυνάμεις από τους πλανήτες θα μπορούσαν να αλλάξουν ένα γεγονός τόσο ισχυρό όσο το ηλιακό δυναμό. Ωστόσο, μόλις συνειδητοποίησε ότι η αστάθεια του Tayler θα μπορούσε να αποτελέσει το έναυσμα για τη διαδικασία, ο Stefani και η ομάδα του άρχισαν να αναπτύσσουν μια προσομοίωση υπολογιστή για να μοντελοποιήσουν τη διαδικασία.

«Ρώτησα τον εαυτό μου: Τι θα συνέβαινε εάν το πλάσμα επηρεάστηκε από μια μικρή, παλιρροιακή διαταραχή; Το αποτέλεσμα ήταν εκπληκτικό. Η ταλάντωση ήταν πραγματικά ενθουσιασμένη και συγχρονίστηκε με το χρονοδιάγραμμα της εξωτερικής διαταραχής », εξηγεί ο Stefani.

Κυρ, Spot, Κυρ!

Η κίνηση του ήλιου είναι πολύπλοκη, με πολλαπλά εφέ να συμβάλλουν στον περίπλοκο χορό του. Καθώς ο ήλιος περιστρέφεται, ο ισημερινός κινείται πιο γρήγορα από το υλικό κοντά στους πόλους. Σε μια διαδικασία γνωστή ως το ωμέγα φαινόμενο, οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου του ήλιου τραβούνται και τεντώνονται κοντά στον ισημερινό, δημιουργώντας μια κάμψη προς την κατεύθυνση του ηλιακού ισημερινού.

Λίγο κατανοητό φαινόμενο άλφα στη συνέχεια επηρεάζει τις μαγνητικές γραμμές, ωθώντας τις προς την αρχική τους ευθυγράμμιση, με αποτέλεσμα τη συστροφή των γραμμών δύναμης.

Μαγνητικές γραμμές μπορούν να φανούν πάνω από τις ηλιακές κηλίδες σε αυτήν την εικόνα φορτισμένων σωματιδίων, που συλλαμβάνονται σε ακραίο υπεριώδες φως. Πιστωτική εικόνα: NASA / GSFC / Solar Dynamics Observatory

Αυτές οι ενέργειες δημιουργούν τις δροσερές, σκοτεινές περιοχές που γνωρίζουμε ως ηλιακές κηλίδες. Ενώ το μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας του Ήλιου λάμπει γύρω στους 5.500 βαθμούς Κελσίου (9.900 Φαρενάιτ), οι ηλιακές κηλίδες παραμένουν σε σχετικά δροσερό 3.200 Κελσίου (5.800 Φαρενάιτ). Οι ηλιακές κηλίδες εξακολουθούν να είναι αρκετά φωτεινές, εμφανίζονται μόνο σκοτεινές στο φόντο της ηλιακής επιφάνειας.

Αυτό το νέο μοντέλο, που διπλώνει τις παλιρροιακές δυνάμεις στις σύνθετες διαδικασίες του ηλιακού δυναμό, θα μπορούσε να εξηγήσει πολλά ερωτήματα που έχουν οι αστρονόμοι και οι φυσικοί για το ηλιακό δυναμό και πώς επηρεάζει το γονικό μας αστέρι.

Το Parker Solar Probe βρίσκεται επί του παρόντος σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, σε μια αποστολή να μελετήσει από κοντά τον αστρικό σύντροφό μας. Αυτό το πρόγραμμα θα μπορούσε να απαντήσει σε πολλά μυστήρια σχετικά με τον Ήλιο τα επόμενα χρόνια.