Valami furcsa történik a Nappal. Eddig 2022-ben szinte minden nap történtek napkitörések és koronakilökődések, amelyek közül néhány a legerő...
Valami furcsa történik a Nappal. Eddig 2022-ben szinte minden nap történtek napkitörések és koronakilökődések, amelyek közül néhány a legerősebb kitörés volt, amelyre csillagunk képes.
Önmagában a kitörő Nap nem furcsa. Rendszeresen kitör, miközben nagy és alacsony aktivitású időszakokon megy keresztül, nagyjából 11 évig tartó ciklusokban.
A jelenlegi aktivitás lényegesen magasabb, mint a NASA és a NOAA hivatalos előrejelzései a jelenlegi napciklusra vonatkozóan, és a naptevékenység folyamatosan meghaladta az előrejelzéseket egészen 2020 szeptemberéig. De egy napkutató erre azt fogja mondani, hogy még ez sem olyan furcsa.
"Nem tudjuk megbízhatóan megjósolni a napciklusokat," - mondta a ScienceAlertnek Michael Wheatland szoláris asztrofizikus, a Sydney-i Egyetem kutatója. (1)
"Nem teljesen értjük a napdinamót, amely a felszínen napfoltként látható mágneses tereket generál, és amely kitöréseket okoz. Ez az asztrofizika egyik kiemelkedő problémája; az előrejelzés pontatlansága nem meglepő."
Nem meglepő, persze. De mi van akkor, ha éppen a meglepetés hiánya - hogy azt várjuk, hogy rosszak leszünk a napciklusok előrejelzésében - azt jelenti, hogy teljesen újra kell gondolnunk, hogyan csináljuk? Mi van, ha rossz mérőszámra alapozzuk előrejelzéseinket?
11-től 22 évig
A napciklusok óriási hatást gyakorolnak a Naprendszerre, de viszonylag kevéssé ismertek. A tudósok megállapították, hogy úgy tűnik, elválaszthatatlanul kapcsolódnak a Nap mágneses mezőjéhez, amely kanyarokban, örvényekben és hurkokban ível át csillagunk felszínén.
Nagyjából 11 évente a Nap mágneses pólusai megfordulnak, észak déllé válik, és fordítva. Ez a váltás egybeesik az úgynevezett szoláris maximummal, amelyet a napfoltok, a kitörések és a koronakilökődések aktivitásának csúcsa jellemez.
Ezen fordulatot követően az aktivitás csökken, mielőtt ismét a csúcs felé emelkedne. Itt tartunk most - a jelenlegi ciklus eszkalációs szakasza, a 25. a számolás megkezdése óta.
Az aktivitási ciklusokat egyetlen mérőszám alapján jellemzik és jósolják, ami a Napon látható napfoltok száma. Ezek átmeneti régiók, ahol a mágneses mezők különösen erősek, megkönnyítve a flerek és a kilökődések kitörését. Sötét foltokként jelennek meg, mivel a mágneses tér gátolja a forró plazma áramlását, és a régiók ezt követően hidegebbek és halványabbak, mint a környezetük.
Scott McIntosh, az Egyesült Államok Nemzeti Légkörkutató Központjának napfizikusa szerint problémát jelent a napciklusok előrejelzése az alapján, hogy hány napfoltot számolunk.
"A napfolt-ciklus nem az elsődleges dolog. Ez egy másodlagos dolog," - mondta a ScienceAlertnek. "És ahogyan a tankönyveket írják, ahogy a naptevékenységet bemutatják, azt elsődlegesnek ábrázolják."
"A probléma az, hogy valójában nem így van, és a mögöttes Hale-ciklus, a 22 éves mágneses ciklus az elsődleges. A napfolt-ciklus pedig csak egy apró részhalmaza ennek a nagyobb képnek."
A Hale-ciklust George Ellery Hale amerikai csillagász fedezte fel a 20. század elején. Két 11 éves napfoltciklusból áll - ez az az idő, ami alatt a pólusok kétszer felcserélődnek, és így visszatérnek eredeti helyzetükbe.
A Hale-ciklusok a 11 éves ciklusokkal ellentétben számos jelenségben megfigyelhetők. Ezek mind a napfoltok, mind a szoláris mágneses pólusok változó mágneses polaritásai, valamint a galaktikus kozmikus sugarak intenzitása a Földön.
A naptevékenység megnehezíti, hogy a kozmikus sugarak elérjék a Földet, de a páratlan és páros számú napciklusok eltérő kozmikus sugárzási hullámformákkal rendelkeznek. Ezt a Nap mágneses mezője polaritásának tulajdonítják.
A napfoltok magyarázata
Fontos megérteni, hogy nincs igazán jó elképzelésünk arról, hogy mi történik a Nap belsejében. Úgy gondolják, hogy a Nap mágneses terét a csillag belsejében található dinamó generálja, egy forgó, konvektáló és elektromosan vezető folyadék, amely a mozgási energiát mágneses energiává alakítja, és egy mágneses teret forgat ki a Nap körül az űrbe.
Ha igen, mi okozza a napfoltokat? Nos, a jelenlegi modellek szerint ezek a Nap forgásával kapcsolatosak. A napegyenlítő gyorsabban forog, mint a sarkok. Ha a hosszirányban futó egyenes mágneses erővonalakat ezzel a forgással együtt húznák, megnyúlnának és végül összegabalyodnának, és ideiglenes, lokalizált erős mágneses mezőket vagy napfoltokat generálnának.
Ez McIntosh szerint a mágneses tér passzív jellegén alapul.
"A Nap belsejében egy nagyon összetett rendszer van. Mint minden fizikai rendszer, mi is egyszerűsítéseket vagy közelítéseket végzünk, hogy megértsük, mi történik," - magyarázta.
"Körülbelül 60 évvel ezelőtt közelítést végeztek a mágneses mezőkkel - hogy kicsik voltak a Napon lévő folyadékokhoz képest. Ezért amikor a Nap kering, mint bolygónk, a forgás mozgatja a keringést, a légkör felmelegedése megmozgatja a keringést, és miközben ez az egész keringés megy, a mágneses mezőket a keringéssel együtt vonszolja."
Az ezen hatást mutató animációk nagyon szépen illeszkednek a napfoltok megfigyelési adataihoz, a kezdeti mágneses mezők körülbelül a 30. szélességi fokon jelennek meg. McIntosh és kollégái szerint azonban ennek az az oka, hogy a modellt pontosan ennek, és csakis ennek magyarázatára hozták létre.
És van egy alternatív magyarázat: A napfoltok egy interferenciamintázat, amelyet az egymást átfedő Hale-ciklusok mágneses mezői generálnak.
McIntosh és munkatársai először 2011-ben vettek észre egy mintát a napfoltadatokban, az úgynevezett pillangódiagramok átfedését. Ezek olyan grafikonok, amelyek a napfoltok megjelenését szélességi fok szerint ábrázolják az idő függvényében.
Miután ezt észrevették, a kutatók annyi történelmi napfoltadatot kerestek és gyűjtöttek össze, amennyi csak a kezükbe került, egészen az 1860-as évekig.
Úgy találták, hogy ez az átfedés továbbra is megjelenik. Az egyik napfoltciklus vége felé, ahogy a napfoltok egyre közelebb jelennek meg az Egyenlítőhöz, a következő ciklus napfoltjai a középső szélességeken figyelhetők meg.
A kutatók szerint ezek arra utalnak, hogy a mágneses aktivitás ellentétes polaritású sávjai ciklikusan haladnak át a Napon; ők lennének felelősek a napfoltok körforgásáért, de nem az hajtja őket. Ezenkívül a ciklusok kölcsönhatásba léphetnek; ha két ellentétes polaritású ciklus átfedi egymást, interferálnak egymással.
Ennek az az eredménye, hogy a mágneses rendszerek kölcsönösen gátolják a napfoltok képződését, és minimális napfoltaktivitási időszak következik.
"A napfoltciklus e nagyobb mágneses ciklusok közötti kölcsönhatás eredménye," - mondta McIntosh a ScienceAlertnek. "Más szóval, ez olyan, mint egy interferenciaminta. A mágneses mezők folyamatosan ki akarják kapcsolni egymást."
Több adat, mindig több adat
Az "interferenciamintázat" megállapításai alapján McIntosh és csapata a jelenlegi napciklusra vonatkozó előrejelzésekhez jutott, amelyek jobban megfelelnek a jelenlegi megfigyeléseknek, mint a hivatalos - a napfoltszámláláson alapuló - előrejelzéseknek.
Ebben a szakaszban azonban mindez elméleti jellegű.
Még mindig nem tudjuk például, hogy mi mozgatja a mágneses aktivitás sávjait a Napon. A kutatók úgy gondolják, hogy gravitációs hullámokról van szó, de jelenleg nincs elég információnk ahhoz, hogy meg tudjuk mondani.
"Scott McIntosh ötletei érdekesek, és a Mcintosh/Leamon (azaz Robert Leamon, a Marylandi Egyetem Goddard Bolygófizikai Intézetének munkatársa) előrejelzése a 25. ciklusra közelebb áll a valósághoz, mint a hivatalos, ebben a szakaszban. Azonban nem fizikai modellen alapul. Kétlem, hogy nagyobb előrejelző ereje van, mint a többi megfigyelésen alapuló előrejelzési megközelítésnek," - mondta Wheatland.
Ahhoz, hogy többet tudjunk meg, több adatra lesz szükségünk, aminek megszerzése időbe telik. McIntosh szerint ez azt jelenti, hogy meg kell figyelnünk a Nap magas szélességeit a pólusok közelében, amint egy új ciklus alakul ki.
Általában nem látjuk a nappólusokat, a Föld helyzete miatt a napegyenlítő körül kering, de az Európai Űrügynökség Solar Orbiterje éppen akkor fog adatokat gyűjteni, amikor egy új ciklus elkezdődik.
McIntosh úgy véli, van valami abban, hogy csapata előrejelzése közelebb áll a 25. napciklus alakulásához. A csapat ötletei alapos vizsgálatot és komoly vizsgálatot érdemelnek.
"Ez a napciklus lehetőséget adott. Mivel a jóslatunk teljesen ellentétes volt azzal, amit a konszenzusos előrejelzés mutatott, ez azt jelenti, hogy ha a végén közel kerülünk, akkor tényleg meg kell néznünk másodszor is, hogyan hoznak létre mágneses tereket a csillagok."
"Talán ez közelebb áll ahhoz, ahogyan látjuk, hogy ez történik, szemben a régi módszerrel. És lehet, hogy hibrid folyamat, a kettő valamilyen keveréke. Valószínűleg így van."
Csapata legújabb tanulmánya a napciklusokról a Frontiers in Astronomy and Space Sciences című folyóiratban jelent meg. (2)
(1) - https://www.sciencealert.com/something
(2) - https://www.frontiersin.org/articles/10.33
