Jusztina
11 °C
22 °C

Vágta a Nap magjától a kitörésig

2007.03.07. 12:06
Robert Ehrlich amerikai csillagász azt állítja, hogy a Nap magjának hőmérséklete 41 és 100 ezer éves ciklusokban változik, és ez okozhatja a Földön a jégkorszakokat. Számításaihoz Grandpierre Attila fizikus és Ágoston Gábor matematikus 2005-ben megjelent tanulmányát vette alapul. A Budapesti Konkoly Thege Obszervatóriumban felkerestük Grandpierre Attilát, mesélje el, mi történik szerinte a Nap eddig feltérképezetlen magjában.

Összefoglalná a laikus számára érthetően annak a tanulmányának a lényegét, melyet Robert Ehrlich nemrég közlésre elfogadott cikke nyomán idézett idén januárban a New Scientist?

Abból indultam ki, hogy a világon minden változik. Miért pont a Nap magja lenne változatlan? A standard napmodellben a Nap magja sugárzási egyensúlyban van, semmi érdekes nem történik azon kívül, hogy a hidrogén héliummá alakul, az energia pedig eközben termelődik, a fotonok meg szép lassan vándorolnak kifelé.

Ez szerintem kizárt dolog. A Nap anyaga plazma, sokkal összetettebb és dinamikusabb, mint a gázok, a folyadékok vagy a szilárdtestek. És történetesen a látható világegyetem több mint 99 százaléka plazmából van. Meg is jelent a szakirodalomban, hogy a plazmából álló rendszerek a világ legbonyolultabb rendszerei. Ahogy ezt olvastam, gondoltam, a plazma sokkal komplexebb, mint én, és mehetek a sóhivatalba. De azért próbáltam valami képet alkotni, mégis mi történik ott.

És mi történik?

Rendkívül sok spontán jelenség megy végbe a plazmában, és nemcsak olyan mikrojelenségek, mint a spontán emisszió és abszorpció. Spontán energiafókuszálások is. Mondok egy példát. Amikor lefékeződik egy autó, a kerekénél hirtelen összpontosul a kocsi energiája, mert elkezd felmelegedni a fékezés miatt. Tehát egy pontban összpontosul az energia.

Ehhez hasonló spontán energiafókuszálási folyamatok lezajlanak a Nap magjában is. A Nap magja folyamatosan fékeződik, és ennek a mozgási energiának valahogy fel kell szabadulnia. De mivel a mágneses tér átjárja, és hozzá van fagyva az anyaghoz, ezért nem engedi, hogy a forgás csak úgy folyamatosan fékeződjön. Az energia halmozódik, amíg elér egy küszöbértéket, és ekkor hirtelen beindul valami energiaösszpontosulás.

Mint egy villámnál. Amikor létrejön, először fokozatosan kitapogatja azt a pontot, ahol a legkisebb a levegő átütési szilárdsága, ott megjelenik egy elővillámsorozat, ezek kialakítják a villámcsatornát, és végül lecsap a villám.

A Nap magjában spontán áramlatok is képződnek. Mint egy kondenzátor két lapja, egymással szemben ilyen lapáramok futnak. Ezek is maguktól ki tudnak alakulni a plazmában, és ha forgó, magas hőmérsékletű égitestről van szó, melynek ráadásul mágneses tere van, akkor szükségképpen fellépnek.


Grandpierre Attila

Ezekből észlehető valami mondjuk helioszeizmográfiai módszerekkel?

A közelmúltig használatos naprezgéses módszerek elsősorban a mag külső rétegeire jók. A Nap felszíne alatt körülbelül 200 ezer kilométer mélyen van a konvekciós zóna alja, alatta a sugárzási zóna, legbelül pedig a központi energiatermelő mag. Ezek a módszerek csak a sugárzási zónáig adnak megbízható értéket. És a naprezgéses módszereknél olyan hullámokról van szó, amelyeknek nagy a hullámhosszuk, és a Nap egész testében, tehát nagy körzetben terjednek. Ha a Nap egész magja egyszerre változna nagy amplitúdóval, akkor ki lehetne mutatni, de itt helyi áramlatokról, helyi áramlapokról és energiafelszabadulásokról van szó.

Az én csekély napfizikai ismereteim szerint a Nap mágneses tere a konvekciós zóna alatti vékony rétegnél, a tachoklínánál képződik. Ön viszont arról beszél, hogy a magban és a sugárzási zónában is van mágneses tér.

A legtöbb csillagász feltételezi, hogy a magban a mágneses tér gyenge, elhanyagolható. Valójában egyre több jelenség mutatja azt, hogy a magban komoly, erős mágneses tér van. Az elméleti számítások alapján is legalább 10 ezer Gaussos mágneses térnek kell lenni. Mostanában pedig a SOHO űrszonda segítségével sikerült kimérni, hogy a magban az átlagos mágneses tér legalább 300 ezer kiloGauss kell legyen.

De egy kicsit visszatérnék a naprezgésekre. 2000 körül találkoztam a napkutatás egyik legkiemelkedőbb alakjával, Sylvaine Turck-Chieze-zel. Akkor én már hosszú ideje cikkek sorozatát írtam arról, hogy a Nap magjának dinamikusan kell változnia. Azt mondta, igazam van, ennek így kell lennie, de akkor lesz ez majd igazán izgalmas terület, ha jönnek az új űrszondák, melyekkel 2007 körül ki lehet majd mutatni, hogy a magban milyen folyamatok zajlanak le.

Az eddigi űrszondák azokat a hullámokat mérték, amelyeket a nyomásváltozás okoz a konvektív zónában. A konvektív zónában az anyag forrásban van, alulról melegedik ez a zóna, és itt olyan turbulens áramlások lépnek fel, amelyek különféle hullámokat keltenek. Az egyik ilyen az ún. nyomáshullám, de ezek a hullámok, ahogy haladunk befelé a napmagba, rohamosan gyengülnek, így a Nap magját nem tudjuk velük feltérképezni.

De létezik egy másfajta hullám is, a felhajtó erő kiváltotta hullám. A konvektív zónában a felhajtóerő hatására fel- és leáramlások alakulnak ki, és közben ún. g-hullámokat vagy felhajtóerő kiváltotta hullámokat keltenek. Ezek viszont már a Nap magjában is kimutathatók lehetnek. És lassan el is kezdenek üzemelni ezek az új űrszondák, bár még nem teljes fegyverzetben. Időközben azonban a SOHO űrszonda mérései már megerősítették a legfontosabb állításokat, melyeket évtizedek óta megfogalmazok.

A 2005-ös tanulmányban azt mondja, hogy a Nap magjának változó a hőmérséklete?

Azoknak a feltételezett folyamatoknak a következményeit próbáltam feltárni, melyekről eddig beszéltem. A munkában felhasználtam Ágoston Gábor programozó matematikus programját, melyet én fejlesztettem továbbfejlesztettem. Témavezetője voltam, nálam írta a diplomamunkáját.

És ezzel a modellel sikerült megragadnom néhány fizikailag lényeges folyamatot a Nap magjában. Az egyik az, hogy ha a Nap magjában fűtési folyamatok lépnek fel kis körzetekben összpontosuló energia hatására, akkor ezek a fűtött körzetek próbálnak lehűlni, illetve elkezdenek mozogni, és áramlásokat indítanak el. Eközben hőhullámokat keltenek, tehát egy forró körzet hőmérséklete lassan átadódik környezetének, és így a hő elkezd terjedni. Kiszámoltam, milyen gyorsan terjednek ezek a hőhullámok. És kiderült, hogy eleinte gyorsan, de ahogy egyre nagyobb méretet érnek el, egyre jobban kisimulnak, lelassulnak, és akár a több százezer évet is elérik, amikor már a Nap sugarának nagy részére kiterjednek. És mivel folyamatosan keletkeznek, jeleztem, hogy ezek a hullámok összeadódhatnak, és ha összeadódnak, akkor abból nagyon érdekes jelenségek jöhetnek ki.

Ebből adódnak azok a ciklusok, melyeket Robert Ehrlich kiszámolt?

Igen. Van egy 41 ezer éves és egy 100 ezer éves ciklus. Ehrlich azt számolta ki, hogy milyen feltételek mellett adódnak össze ezek a hullámok, és mikor gyengítik egymást. Mint a fényhullámoknál: amikor a hullámhegyek hullámhegyekkel találkoznak, akkor erősítik egymást, amikor hullámvölgyekkel, akkor gyengítik. Figyelembe vette, hogy a tachoklínáról visszaverődnek ezek a hullámok, és azt nézte, hogy a visszavert hullámok hogyan találkoznak a keletkező hullámokkal. Azt az eredményt kapta, hogy 41 ezer és 100 ezer éves periódusúak azok a hullámok, melyek össze tudnak adódni.

Ehrlich ezt a jégkorszakok váltakozásával kötötte össze.

Utólag egyszerűnek és logikusnak tűnik az a megoldás, amivel kiszámolta, hogy milyen ciklusokban adódnak össze a hőhullámok, amelyeket az elméletem megjósol; és hogy ezekből éppen a jégkorszakok periódusa adódik. De engem az érdekelt, honnan ered a naptevékenység, honnan erednek a napkitörések.

Amennyire én tudom, a mágneses erővonalak kezdetben valahol a konvekciós zóna alján fekszenek a mélyben, aztán valamiért elindulnak felfelé, a fotoszférában pedig napfoltokat és kitöréseket okoznak. Azt állítja, hogy a Nap magjában zajló folyamatok miatt van ez az egész?

Miközben elkezdtem számolni a konvektív zóna folyamatait, rájöttem, hogy ezekhez kell valamilyen kezdőlökés. A konvektív cella képződéséhez el kell érni valami kritikus energiaösszpontosulást. De honnan jön? Ide valami valóságos fizikai folyamatra van szükség, ami jelentős energiát hordoz. A sugárzási zóna tetején, ahol a sugárzás a fő energiaforma, nehéz ilyet találni. A nagy energiasűrűségű magból kell indulnia.

Már említettem, hogy a Nap magja fékeződik. Amikor 4-5 milliárd éve létrejött, a Nap magja ötvenszer gyorsabban forgott, mint ma. A forgás nem egyenletesen fékeződik, a különböző mélységű rétegek és a különböző szélességi övek egymáshoz viszonyítva más és más sebességgel forognak. A Nap tömegének legnagyobb része a magban összpontosul, és ott a legjelentősebb ennek a forgási energiának a sűrűsége. Lennie kell valamilyen folyamatnak, ami fékezi. Ezt még csak találgatják a csillagászok, és próbálják a matematikáját leírni, a fizikáját azonban nem értik. Az én elméletemben az az új, hogy próbálja megjelölni ennek a folyamatnak a fizikáját.

Hogyan lesz a magban zajló feltételezett fűtési folyamatból napkitörés?

Amikor a fűtés bizonyos energiaküszöbnél nagyobb értéket ér el, nemcsak hőhullámot kelthet, hanem feláramlásra képes forró buborékokat. Ezek a forró, nagy energiájú buborékok elindulhatnak a magból kifelé. Számításaim szerint pár nap alatt végigszáguldhatják a több százezer kilométeres távolságot, közben beleütköznek a konvekciós zóna alján lévő sűrű mágneses térbe, és persze a magban lévő mágneses erővonalakat is tolják maguk előtt.


Animáció egy feltörő mágneses fluxushurokról. (Az ELTE Csillagászati tanszékének animációja.)

A mágneses tér természetesen akadályozza egy kicsit a mozgást, de ha a mozgásnak elég nagy energiája van, akkor magával sodorja ezeket a befagyás miatt hozzájuk tapadó mágneses erővonalkötegeket. És meg is nyújtja őket, ha pedig az erővonalak körbeveszik a buborékot, akkor egy plazmoid alakul ki, és a buborék megőrzi egységét és épségét.

A lényeg az, hogy érkezik egy nagy energiacsomag, amire szükség van ahhoz, hogy a konvekció beinduljon. Ez lehet az a hatás, ami bombázza alulról a konvektív zónát, és beindítja az elemek áramlását.

Ezek a forró buborékok gyorsulnak. Viszont a Napban kifelé haladva egyre csökken a hőmérséklet és így a hangsebesség is. Amikor a buborék sebessége és a helyi hangsebesség megegyezik, hangrobbanás történik, ami ezeket a forró buborékokat szétrombolja, és lökéshullámok lépnek föl. Számításaim szerint ez épp a felszín alatt következik be.

Ezek a lökéshullámok pedig a részecskéket felgyorsítják, és nyalábszerűen lövik felfelé, és akkor maga a mozgási energia is irányított. De mivel az orra előtt viszont ott van a mágneses erővonalköteg, melyet összegyűjtött, ezért mágneses hurokként fog a felszínre bukkanni, és várhatóan, leggyakrabban ennek a mágneses huroknak a tetejébe fog bezúdulni ez az egyébként láthatatlan részecskenyaláb. Mintha egy hatalmas lökés érné a mágneses hurok tetejét, ezért kipúposodik, lassanként egy félsziget képződik, amiről aztán leválhat egy rész plazmoid alakjában és napkitörést okoz.