Naukowcy przewidują przyszły kształt korony słonecznej

Naukowcy zdołali poprawnie i z wyprzedzeniem kilku dni przewidzieć kształt, jaki korona słoneczna przybrała podczas całkowitego zaćmienia Słońca z 21 sierpnia ubiegłego roku.

Nasze Słońce jest dość wdzięcznym obiektem badań astronomicznych. Jest jasne i znajduje się w pobliżu, więc nawet małe szczegóły na jego powierzchni są wyraźne. A przez około dwanaście godzin dziennie praktycznie nie ma ono konkurencji na ziemskim niebie. Mimo to wciąż nie wiemy o nim wszystkiego. Co więcej - paradoksalnie, najmniej wiemy wciąż o jego zewnętrznej warstwie, czyli koronie. Jest to złożona struktura zbudowana z rozgrzanej, rozproszonej plazmy. Dowodzi ona istnienia wysoce skomplikowanej natury słonecznych pól magnetycznych. Tworząca ją plazma zbudowana jest z naładowanych cząstek, które reagują na działanie tych pól, zatem pole magnetyczne Słońca może bez trudu skręcać koronę w pętle, wstęgi oraz kolce.

Gdy to pole magnetyczne, nieustannie rozciągane i ściskane przez obrót Słońca dookoła jego własnej osi, lokalnie eksploduje, pewna część plazmy tworzącej koronę wyrzucana jest w przestrzeń międzyplanetarną. Tego rodzaju zjawiska mogą zagrażać satelitom, sieciom elektroenergetycznym i systemom telekomunikacyjnym na Ziemi. W naszym najlepszym interesie jest więc dokładne zrozumienie wszystkiego tego, co zachodzi w gorącej koronie naszej gwiazdy

Zgodnie z nowym artykułem naukowym opublikowanym w Nature Astronomy fizycy są już jednak w stanie precyzyjnie przewidywać kształt i zachowanie się korony słonecznej. Zoran Mikić z firmy Predictive Science i jego współpracownicy zaprezentowali nowy model warstw zewnętrznych Słońca, który jest w zgodzie z najnowszymi teoretycznymi pracami na temat procesów związanych z ogrzewaniem korony oraz wpływem, jaki ma na nią wnętrze gwiazdy. Co więcej, Mikić wraz z kolegami poddał ten model dokładnemu testowi w zeszłym roku, podczas całkowitego zaćmienia Słońca z 21 sierpnia.

Okazuje się, że stworzony przez nich model pozwala na obliczenie i przewidzenie (z użyciem superkomputerów) wyglądu korony słonecznej z dziesięciodniowym wyprzedzeniem. Naukowcy przeprowadzili odpowiednie symulacje komputerowe, po czym porównali ich wynik z rzeczywistymi obrazami Słońca wykonanymi przez fotografów podczas zaćmienia.

Słońce daje nam pod tym względem unikalną okazję do przetestowania poprawności modelu w krótkim czasie. Zazwyczaj astronomowie badają powoli ewoluujące, odległe obiekty. Rzadko zdarza się, że mogą uruchomić symulację i niemal natychmiast porównać jej wyniki z ich rzeczywistymi obrazami. Wyniki te były w tym konkretnym przypadku bardzo zachęcające: zasymulowana korona ma niemal taki sam kształt, jak jej rzeczywisty odpowiednik, z kilkoma bardzo jasnymi serpentynami plazmy wypływającymi z niej w kosmos, jak również mniejszymi pętlami, które także pojawiły się na zdjęciach Słońca.

Są oczywiście i różnice, jednak duża zgodność symulacji z rzeczywistym obrazem daje astronomom pewność, że są na właściwej drodze do zrozumienia fizyki zewnętrznych warstw Słońca. Mikić zauważył również promienie korony rozciągające się na lewo od tarczy słonecznej (zaznaczone na powyższym rysunku kolorem niebieskim), które są wizualnie podobne do pióropuszy wypływających z biegunów Słońca (czerwone strzałki). Wiemy, że na biegunach pojawiają się one dlatego, że linie pola magnetycznego rozciągają się tam prosto w przestrzeń kosmiczną (podobnie jak linie wychodzące pod kątem prostym z końców magnesu sztabkowego). Aby sprawdzić, czy podobne struktury widoczne po lewej stronie mają to samo fizyczne pochodzenie, naukowcy nieco zmodyfikowali swą wcześniejszą symulację, usuwając z niej biegunowe (polarne) części korony, po czym uruchomili ją jeszcze raz - i zaobserwowali znikanie tych struktury bocznych.


Na zdjęciu: Firma Predictive Science Inc. opracowała model numeryczny, który poprawnie symulował wygląd korony słonecznej podczas całkowitego zaćmienia Słońca z 21 sierpnia 2017 roku. Animacja porównuje złożony obraz wygenerowany ze zdjęć wykonanych w dniu zaćmienia z przewidywaniami modelu.
Źródło: Predictive Science Inc. / Miloslav Druckmüller, Peter Aniol, Shadia Habbal / NASA Goddard, Joy Ng

Autorzy pracy przewidują, że mając ten i przyszłe modele pola magnetycznego oraz korony Słońca już wkrótce będziemy w stanie śledzić na bieżąco ich ciągłą ewolucję, podobnie jak ma to miejsce w przypadku ziemskich modeli pogodowych.

Czytaj więcej:


Na zdjęciu powyżej: (po lewej:) Alson Wong wykonał to złożone zdjęcie korony słonecznej podczas całkowitego zaćmienia z sierpnia 2017 roku w stanie Wyoming. Zostało ono obrócone celem lepszego dopasowania do perspektywy widzianej w symulacjach. (w centrum:) Symulowany obraz korony słonecznej wraz z wizualizacją pola magnetycznego w trzech wymiarach, pokazujący złożoność pola magnetycznego Słońca i jego bliski związek z emisją korony. (po prawej:) Symulacja śledzi także linie pola magnetycznego wychodzące ze Słońca.
Źródło: Alson Wong / S&T Online Photo Gallery, Predictive Science, Inc.