2009.03.20. - Forradalmian új pillantás a mágnesesen tekergő Napba

Magyar kutató elméleti irányításával sikerült nagy előrelépést jelentő eredményt elérni a napfizika egyik legfontosabb problémájában, a fotoszféra radiális irányú óriási hőmérsékletváltozásának magyarázatában.

A Nap légköri hőmérséklének rohamos és fölöttébb rejtélyes emelkedése a felszíni (fotoszférikus) 6000 K-ről a korona több millió fokos hőmérsékletéig a Nap felsőbb atmoszférájában a modern asztrofizika kutatások egyik legfontosabb és a szó fizikai értelmében is talán "legégetőbb" kérdése az utóbbi fél évszázadban. Magyar kutató elméleti irányításával egy nemzetközi tudományos konzorcium (University of Sheffield, UK; Queen's University Belfast, UK; California State University, USA) hatalmas lépéssel került közelebb a probléma megoldásához speciális mágneses hullámok, az ún. Alfvén-hullámok felfedezésével a Nap légkörében.

A naplégköri mágneses hullámok megfigyelését a Nap turbulens és igen dinamikus felszín fölötti rétegeiben Erdélyi Róbert professzor (University of Sheffield) elméleti számításai és jóslata alapján - melyeket egy évvel korábban a Science c. folyóiratban közölt jelentős nemzetközi visszhanggal, s amiről a magyar sajtó is beszámolt - kollégái (QUB) készítették elő és végezték el a Svéd Napfizikai Távcső (Swedish Solar Telescope, SST) úttörő technológiát felhasználó adaptív optikai rendszere segítségével a La Palma-i Obszervatóriumban (Kanári-szigetek). A szakirodalomban Alfvén-hullámoknak is nevezett mágneses rezgések alapvető szerepet játszanak a Nap és a csillagok légkörének energiaháztartásában, fontos meghatározói az ún. űridőjárásnak, és megoldást nyújthatnak a Nap, illetve a csillagok sokat kutatott koronafűtési mechanizmusára is. Az észlelési adatok Erdélyi professzor irányította elméleti értelmezése és magyarázata vezetett a titokzatos Alfvén-hullámok naplégköri mágneses fluxuscsövekben történő felfedezéséhez. A mágneses fluxuscsövek torziós vagy csavaros rezgését a legkönnyebben úgy tudjuk megérteni, ha magunk elé képzelünk egy hosszú függőleges, tömör, de ruganyos gumicsövet, amit az egyik, például alsó végén, jobbra-balra periodikusan nyíró mozgással megtekerünk.

Mágneses fluxuscsőben vertikálisan felfelé terjedő csavar- vagy torziós Alfvén-hullámok.
[Erdélyi és mtsai]

Az észlelési adatok gondos és igen aprólékos kiértékelése során a kutatók vertikálisan felfelé terjedő periodikus mágneses csavarhullámokat (azaz torziós hullámokat) fedeztek fel, amelyek terjedési sebessége elérte a 25 km/s, azaz csaknem 70 ezer km/óra sebességet. Az adatelemzés során arra is fény derült, hogy a mágneses hullámok által hordozott energia bőven fedezi a Nap légkörének több millió fokos hőmérsékletre fűtéséhez szükséges energiát.

A tisztán mágneses eredetű hullámok jelenségét plazmakörnyezetben - mint a Nap és a csillagok belseje, illetve légköre - Hannes Alfvén svéd tudós jósolta meg először elméleti számításokkal 1942-ben, amiért pár évtizeddel később Nobel-díjban részesült. Az Alfvén-hullámok jelenlétére utaló kétséget kizáró közvetlen és megdönthetetlen bizonyíték napfizikai környezetben azonban eddig nem állt rendelkezésre, így Erdélyi professzor és kollégái felfedezése valóban kiemelkedő jelentőséggel bír.

Exponenciálisan szétnyíló mágneses fluxuscső a napfelszíni fotoszféra és a Nap középső légköri tartományában található kromoszféra közé beágyazva. A felszíni turbulens nyíró mozgások által gerjesztett csavar- vagy torziós mágneses hullámok mérete Magyarországénak többszöröse is lehet.
[Jess és mtsai]

A mágneses Alfvén-hullámok detektálását nehezíti az a körülmény, hogy a mágneses fluxuscsövek erősen szétnyílnak a napfelszíntől távolodva, mivel a légkör nyomása drasztikusan (exponenciálisan) csökken a felszíntől mért távolsággal. A napfelszíni turbulens nyíró mozgások által gerjesztett csavar- vagy torziós mágneses hullámok könnyedén terjednek a rugalmas, Magyarország méretének akár tízszeresét is elérő átmérőjű elasztikus mágneses csövekben. A mágneses fluxuscsövek apró fényes foltokként jelennek meg a Nap légköréről készült képeken. Élettartamuk elérheti az 1-2 órát az SST által készített felvételeken. A távcső felbontóképességét jól érzékelteti, hogy segítségével akár Tokióból is könnyedén leolvashatnánk a pontos időt a londoni Big Ben híres órájáról.

Nagyfelbontású felvétel a Nap turbulens légkörének felszín közeli részéről. A képen látható terület valódi mérete 8000 km x 8000 km. A kép középső részén megfigyelhető világosabb struktúrák a szabad szemmel láthatatlan Alfvén-hullámok jelenlétére utalnak. A felvétel a Svéd Napfizikai Távcsővel (La Palma, Kanári-szigetek) készült.
[Jess és mtsai]

Az elméleti kutatásokat irányító Erdélyi Róbert, az angliai Sheffield Egyetem Nap- és Űrplazma-Fizikai Kutatóközpontjának (Solar Physics and Space Plasma Research Centre, SP2RC) vezető professzora, a következőket nyilatkozta: "Az Alfvén-hullámok detektálására összpontosító kutatások már jó ideje versenyben állnak egymással. Különböző vezető nemzetközi űrkutatási hivatalok hatalmas összegeket fordítottak és fordítanak ezen vizsgálatokra, mivel a mágneses hullámok gyakorlati jelentősége is óriási lehet, például a környezetbarát fúziós zöld energia előállításában. Másrészt magneto-szeizmikus technikák kifejlesztésével az Alfvén-hullámok segítségével bepillanthatunk nemcsak a Nap, de távoli csillagok mágneses terének szerkezetébe is. A mágneses Alfvén-hullámok napfizikai környezetben történt detektálása valóban páratlan felfedezés." David Jess (QUB), a kutatás fiatal észak-ír résztvevője szerint az Alfvén-hullámok teljesen más jellegűek, mint például a tóba dobott kavics keltette vízhullámok, mivel nem lehet látni őket, csak a hatásuk mutatható ki a Nap légkörében található mágneses strukturák mozgásának analízise alapján. Mathioudakis professzor, a Belfast-i Queen's University Napfizikai Kutatócsoportjának vezetője kiemelte, hogy a napaktivitás pontos megismerése és megértése alapvető fontosságú az emberiség számára, részben a napsugárzás hosszútávú űrutazások során az emberre, részben a Napnak Földünk légkörére gyakorolt hatásai miatt. Egy tipikus, közepesnek mondható napkitörés során felszabaduló mágneses energia ugyanis akár tízmilliárd atombomba energiájával is felérhet.

Erdélyi Róbertnek nem ez az első jelentős, nemzetközi elismerést kiváltó eredménye. 2004-ben a Nature címlapján jelent meg beszámolója, amikor a Napon látható speciális kitörésekre, az ún. szpikulákra adott sikeres magyarázatot. A szpikulák jelentősege abban rejlik, hogy anyaguk sokszor kidobódik az interplanetáris térbe, meghatározva ezzel a napszél fizikai tulajdonságait. 2007 tavasszán egy másik jelentős eredményéről is beszámolt a magyar és a nemzetközi sajtó. Avantgárd zenei zörejekhez hasonlítható, a naphúrok által kibocsátott hangról cikkezett áprilisban a világsajtó. Legutóbb 2007 telén publikálta kutatásait a Science hasábjain - szerkesztői felkérésre - a Nap globális oszcillációjáról, s azok közvetlen, a Nap légkörében észlelt dinamikai következményeiről. A magyar kutató és csoportja a mágneses hurkokon a robbanások miatt kialakuló rezgések, hullámok analizálásával jutott erre az asztrofizikai szempontból jelentős következtetésre.

Az eredményeket részletező szakcikk a Science magazin 2009. március 20-i számában jelent meg.

Forrás:

• University of Sheffield PR 2009.03.20.