2009.06.24. - Napfoltmodellezés szuperszámítógéppel

Szuperszámítógép segítségével amerikai és német kutatóknak sikerült részletesen modellezni egy napfoltpárt. A tudományos eredmények mellett a szimulációk során kapott képek egyszerűen szépek is.

A Nap fotoszférájának sötét foltjai, melyek száma csillagunk - most éppen igen alacsony - aktivitásának egyik jelzője, a Nap mágneses terének látható megjelenési formái. Mivel a napfoltok ott jönnek létre, ahol a mágneses erővonalkötegek a felszínre, illetve a felszín alá buknak, a foltok párokban jelentkeznek, s az ún. vezető és követő folt mágneses polaritása ellentétes. Ha a Nap felszínét sok folt borítja, az a foltok környező területekhez képesti alacsonyabb hőmérséklete miatt hatással van az energiakibocsátás mértékére, s ezen keresztül befolyásolhatja például a Föld időjárását és klímájának alakulását is. Ez utóbbira természetesen hatással lehet, illetve van a nagyobb aktivitás során felerősödő flertevékenység, a kidobódó, s a Földet elérő plazmacsomók bolygónk mágneses terével kölcsönhatva geomágneses viharokat okozhatnak, ezek pedig az elektromos hálózatoktól kezdve a repülésirányításig sokmindent megzavarhatnak.

A napfoltok kialakulásának és fejlődésének hátterében álló fizikai folyamatok feltárását célzó vizsgálatok a napfizika legfontosabb területei közé tartoznak. A foltok természetének jobb megértéséhez most közelebb kerülhetünk a National Center for Atmospheric Research (NCAR) és a Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) kutatói által elvégzett nagyfelbontású numerikus szimulációk eredményei által. Az észlelési adatokon alapuló, s a szuperszámítógépek legújabb generációját igénybevevő modellszámítások új ablakot nyithatnak a Nap belsejében zajló fizikai folyamatokra. A kutatás vezetője, Matthias Rempel (University Corporation of Atmospheric Research, UCAR) szerint ez az első alkalom, hogy egy egész napfoltnak, illetve napfoltpárnak a modellezését sikerült elvégezni.

A napfolt sötét belső (umra) és világosabb külső (penumbra) részei közötti területeket keskeny szálak komplex hálója dominálja. Itt a mágneses tér erővonalai inkább vertikálisak, míg a legkülső területeken inkább horizontálisak.
[UCAR/Matthias Rempel/NCAR]

A szimulációk során egy napfoltpár ellentétes polaritású tagjainak fejlődését vizsgálták. A számítások eredményeként előállt képek eddig nem látott részletességgel mutatják a foltok sötét centrumát (umbra) és a külső területek (penumbra) irányába kinyúló vékony szálak (filamentumok) hálóját, a foltok szerkezetét. Ezen túl azonban a műszerekkel egyébként nem detektálható foltok alatti anyagáramlás, az energiaszállításért felelős konvekció is nyomon követhető a szimulációk alapján. Az eredmények szerint a napfoltokban a mágneses tér erővonalainak egy bizonyos szögben kell állniuk, hogy a foltok komplex szerkezete kialakulhasson. A kutatók következtetése szerint a megfigyelhető struktúra végső oka tehát a konvektív áramlás és a mágneses tér kölcsönhatása.

A napfoltpár felszínre merőleges síkban vett metszete. A világosabb részek erősebb mágneses teret jeleznek. A kép nagyfelbontású változata itt tekinthető meg.
[UCAR/Matthias Rempel/NCAR]

Bár az új modell sokkal részletesebb és realisztikusabb minden eddiginél, a kutatók felhívják a figyelmet arra, hogy még ez sem adja vissza helyesen a penumbra filamentumainak hosszát. A modell ehhez szükséges továbbfejlesztése azonban olyan számítási kapacitást igényelne, ami jelenleg még nem áll rendelkezésre. A feladat nagyságának érzékeltetésére a modellt jellemző aktuális számok: A szimuláció a felszínen egy 50 ezer km x 100 ezer km nagyságú területre terjed ki, radiális irányban pedig 6 ezer km mélységig. A tartomány 1,8 milliárd pontjában - ezek távolsága egymástól 16 és 32 km között változik - számolják a jellemző fizikai paramétereket, például az eneregiatranszfert, az anyagáramlást és a mágneses teret. A modellt az NCAR 2008 tavaszán üzembe állított bluefire nevű IBM szuperszámítógépén futtatják, ami másodpercenként 76000 milliárd lebegőpontos művelet (76 teraflops) elvégzésére képes, s ezzel a teljesítményével a szuperszámítógépek legutolsó, 2009. júniusi Top500 listáján a 64. helyen áll.

Az eredményeket részletező szakcikk 2008. június 18-án jelent meg a Science online kiadásában (Science Express).

Forrás:

• Astronomy Now Online 2009.06.19.