Csillagvizsgáló

Az évtized legerősebb napkitörése

2017. szeptember 10. - PFreddy

Az utóbbi évtized legerősebb napaktivitása történt szeptember 6-án: egy nagyobb napfoltcsoport felfényesedett és a szokottnál jóval nagyobb energiájú sugárzást juttatott a bolygóközi térbe. A 'fler'-nek nevezett jelenségtől szerencsére nem kell tartanunk, bolygónk légköre megvéd minket a hatásaitól. A flereket kísérő anyagkidobódásoknak viszont akár jelentős következményei lehetnének – ezúttal azonban csak a sarki fények látványával kellett számolnunk.

149821.jpgSzeptember 6-án a Nap egy kis régiója (jobbra) fényesedett fel flerként. (Forrás: NASA/SDO)

Napunk egy megközelítőleg 1,4 millió km átmérőjű (Földünknél 110-szer ’’szélesebb’’) forró gázgömb, melynek centrumában a 15 millió fokos hőmérsékleten (és persze elképesztő nyomáson) lezajló fúziós reakciók során folyamatosan nagy energiájú gamma fotonok keletkeznek (még úgy nagyjából 5 milliárd évig). Ez fűti az égitestet és alakítja ki közvetetten a Nap ’’felszínét’’, a néhány száz km vastag fotoszférát, ahonnan a kiinduló fotonokat mi is látjuk (így ezt a részét tudjuk ’’érzékelni’’ a Napnak). A fotoszféra már csak nagyjából 5500 C°-os – azért könnyen sejthető, hogy ez a régiót sem a nyugodt állandóság jellemzi. A felszínen lévő átmeneti képződményeket és a velük járó jelenségeket nevezzük összefoglalóan napaktivitásnak.

magnificent_cme_erupts_on_the_sun_august_31.jpgNem fantáziarajz, hanem valódi felvétel egy 2012-es napkitörésről, amelyeket a NASA SDO napfigyelő szondája készített ultraibolya hullámhosszokon. (Forrás: NASA Goddard Space Flight Center)

A leggyakoribb és legkönnyebben felfedezhető felszíni forma a napfolt, amelyet már egy távcsőre szerelt napszűrő fólián keresztül, alacsony nagyítás mellett is meg lehet figyelni, mint apró fekete pöttyöket. Valójában a Földnél is nagyobb hűvösebb régiók, amelyeket a fotoszféra fölé emelkedő mágneses erővonalak hoznak létre. Mivel itt alacsonyabb a hőmérséklet (’’csak’’ 3-4000 fok), kevesebb foton jut a szemünkbe erről a területről, így a kontraszt miatt sötétebbnek látjuk, mint a Nap más régióit – gyakorlatilag feketének. A napfoltok tipikusan néhány hétig léteznek, ezalatt a Nap felszínének forgásával utaznak.

sunspots_big_en.jpgNapszűrőn keresztül már egy kisebb teleszkópon keresztül is szépen látszanak a nagyobb napfoltcsoportok (balra). Egy erre a célra készített naptávcső már jóval több részletet feltár (jobbra). (Forrás: NASA/SOHO/Royal Swedish Academy of Sciences)

Számuk és elhelyezkedésük ciklikusságot mutat, nagyjából tizenegy év alatt a napfolt-maximumból minimum lesz és fordítva, amellyel együtt más naptevékenységek erőssége is változik (de ezalatt a Nap hőmérséklete és fényessége gyakorlatilag változatlan marad). Nincs azonban ez kőbe vésve: a legutóbbi napfolt-maximum 2015-ben kifejezetten soványra sikeredett; vagy extrém példa a 17. század közepe, amikor évtizedeken keresztül alig bukkant fel napfolt (ez volt az ún. Maunder-minimum).

ren-denial.pngA napfoltok számának alakulása 1900 óta. A közel 11 éves ciklus jól kivehető, habár a maximumok értéke erősen ingadozik. (Forrás: Usoskin et al., 2014)

Mostanság az aktuális ciklus minimuma felé tartunk, ez azonban két napfoltcsoportot sem akadályozott meg abban, hogy az elmúlt hetekben óriásira hízzanak. Közülük a Földnél nagyjából hétszer nagyobb AR 2673 katalógusszámú napfolt került be a hírekbe, amikor egy óriási kitörés ment végbe rajta.

20170906_hatalmas_napfoltcsoport_orak_alatt_2.gifA két nagy napfoltcsoport hízása és utazása a Nap felszínén 2017. szeptember 3-4-én. (Forrás: NASA/SDO/csillagaszat.hu)

A napfoltot létrehozó mágneses erővonalak nagy mennyiségű energiát kötnek meg, amikor viszont ezek az erővonalak átrendeződnek, nagyságrendileg 1024 Joule energia szabadul fel gyors ütemben. Az így keletkező fler gyakorlatilag nem más, mint a napfolt helyén extrém módon felforrósodó (akár több millió fokig) és felfényesedő felszín. Mivel a magas hőmérséklet miatt nagy energiájú fotonok jutnak ki az űrbe, megfigyelésük főleg az UV-ban és a röntgen tartományban történik. A flereket erősségük szerint kategorizálják: egy közepes fler C besorolást kap (ínyenceknek, ez nagyjából 5*10-5 W/m2 röntgen fluxus a Föld távolságában), egy számottevő M-et, az igazán erősek pedig X-et (> 10-4 W/ma röntgen-tartományban).

solar-flare.jpgAz SDO szonda UV felvétele az X9.3-as erősségű flerről (a fényes, csillagszerű folt). A napkorong jobb oldalán jól elkülöníthető a két fényesebb terület, amelyek egybe esnek az AR 2673 és 2674 napfoltokkal. (Forrás: NASA/SDO)

Éppen ilyet észlelt szeptember 6-én reggel a NASA napfigyelő szondája, az SDO, ráadásul rögtön kettőt is. Előbb egy X2.2-es fler (a szám a kategórián belüli erősséget mutatja) bukkant fel, amelyet három órával később elhomályosított egy X9.3-as (vagyis ez még az előzőnél is négyszer erősebb), amilyenre 2006 decembere óta nem volt példa. A flerekből származó megnövekedett energiájú sugárzás a Földet is érintette – nem mintha nekünk komoly aggódnivalónk lenne. A légkör ugyanis teljes védelmet nyújtva elnyeli a többlet sugárzást, így a felszínen legfeljebb az apró közvetett hatásokat érzékelhetjük, mint pl. a néhány óráig tartó gyenge zavarokat a rádió-hullámokon történő kommunikációban és a navigációs rendszerekben. Élettani hatásokat csak a légkörön kívül tartózkodók, tehát a Nemzetközi Űrállomás legénysége szenvedhet el; a megnövekedett besugárzás azonban esetükben is csak statisztikailag lenne kimutatható, közvetlen károkat nem okoz.

r3_black.jpgAz Űridőjárás Előrejelző Központ (Space Weather Prediction Center) riasztása a september 6-i fler eseményeket követően. (Forrás: http://www.swpc.noaa.gov)

Ettől egy fokkal drasztikusabbak és egyben látványosabbak a flereket gyakran (de nem mindig) kísérő koronaanyag kidobódások, avagy CME-k (coronal mass ejection), amelyek során nem fotonok, hanem nagy energiájú részecskék zúdulnak ki a bolygóközi térbe (gyakori fogalom még a napkitörés = fler + CME). Ezek a forró plazma-felhők javarészt elektronokból, protonokból és hélium atommagokból állnak és jelentős mágneses térrel rendelkeznek. Megfigyelésük már egy kisebb távcsővel is lehetséges, ha fel van szerelve 656 nm-re centrált ún. Hα-szűrővel: az ilyenkor vörösnek látszó napkorongból gyakran látszanak kiálló vörös ’’lángnyelvek’’ (protuberanciák), amikor pedig ezek elszakadnak a Naptól, akár egy órán keresztül is lehet követni a lassan távolodó anyagkidobódást. A flerek (és úgy általában a Nap) elektronmágneses sugárzásához képest a CME-k csak cammognak: míg a fotonok nyolc perc húsz másodperc alatt teszik meg a 150.000.000 km-es utat a Földig, addig mindehhez 2-3 napra van szükségük a részecskefelhőknek.

cme.gifKoronaanyag kidobódás (CME) szeptember 6-án. A Nap korongját a felvétel készítése közben koronográffal takarták ki, így nem homályosítja el a kép bal felső részén kirobbanó anyagfelhőt. (Forrás: NASA/SDO)

Amikor viszont ideérnek a Föld mágneses terébe ütközve geomágneses viharokat okoznak, amely deformálja a magnetoszférát. A műholdak elektromos rendszerei a keletkező kóbor áramok miatt komoly veszélynek vannak kitéve (nem ritka, hogy ilyenkor ideiglenes leállítják a rendszereiket) és természetesen az asztronautáknak is az űrállomás védett helyére kell húzódniuk. Bolygónk mágneses tere megvéd minket a plazmafelhő javától, a nagyobb energiájú részecskék azonban eljuthatnak a légkörig, főleg az északi és déli mágneses pólusok környékén. A levegő molekuláival ütközve, újabb (ám immáron kisebb energiájú) ionizált részecskéket keltenek, egyfajta részecske-lavinát indítva, növelve a levegő elektromos vezetőképességét. Közvetve komoly károkat okozhatnak az elektromos hálózatokban és akár több órás áramkimaradásokat is kiválthatnak. Ez utóbbi hatások tipikusan a sarkkörök környékén élők életét nehezítheti meg, azonban éppen ők részesülhetnek a CME-k keltette fantasztikus látványban is.

earth-magnetic-sheild-and-solar-wind.jpgNapkitörések és a napszél kölcsönhatása a Föld mágneses mezejével. A Napból érkező nagy energiájú részecskék főleg a sarkkörök környékén jutnak el a légkörig.

Ez a sarki fény, amely az ionizált levegő molekulák (tipikusan oxigén, nitrogén) által kibocsájtott élénk színű (általában zöldes-sárgás) fotonok okoznak. A tévhittel ellentétben nem csak északon (aurora borealis), hanem délen (aurora australis) is megfigyelhető. Ráadásul, minél erősebb a kiváltó CME, annál közelebb lehet megfigyelni a sarki fényt az egyenlítőhöz (olykor Magyarországról is fotóznak gyenge sarki fényeket). Ebben a kategóriában a tudomány által rögzített csúcs az 1859-es Carrington-esemény, amikor az Egyenlítőnél  is láttak sarki fényt; ugyanazon a napon az USA területén lévő távíró-vezetékek szikráztak, zömük ki is égett. Mindezt egy gigantikus, azóta sem látott erősségű napkitörés okozta - csak tippelni lehet, mit okozna egy hasonló a modern világgal.

churchauroraborealis-4f9c6ef-intro.jpgFrederic Edwin Church amerika festő Aurora borealis c. alkotása. A művészt az 1859-ben látott sarki fények inspirálták.

A napokban történt X9.3-as flert kísérő anyagkidobódás visszafogott volt, nem csak hogy nem hozott katasztrofális következményeket, de még csak számottevő áramkimaradásokról sem érkeztek hírek. Annál inkább látványos sarki fényekről, amelyeket még Arkansasból (északi szélesség 34°) is megfigyeltek. Az írás végén a mostani jelenségről készült leglátványosabb felvételeiből válogattunk.

ole-salomonsen-dsc09375-1_1504858243_lg.jpgTromsö-ben (Norvégia) még adja magát, hogy sarki fényt lássunk. (Forrás: Ole Salomonsen)

chris-cook-aurora-boat-090717_1504845191_lg.jpgUgyanez Cape Cod-ban (Massachusetts, USA) már nem ennyire hétköznapi. (Forrás: Chris Cook)

sacha-layos-2017_09_08_6239chasing-the-rainbow-14-1_1504875742_lg.jpgFairbanks-ban (Alaska, USA) mintha ernyőt tartana fölénk a sarki fény. (Forrás: Sasha Layos)

lynn-clauer-img_3375_1504859943_lg.jpgAz USA keleti partjának közelében fekvő Richmond-ból (Vermont, USA) egy teljes színpalettát lehetett látni. (Forrás: Lynn Clauer)

440901b500000578-0-image-a-31_1504879910472.jpgEdinburgh-ban (Skócia) még a város fényei mellett is ragyogott a sarki fény.

A bejegyzés trackback címe:

https://csillagvizsgalo.blog.hu/api/trackback/id/tr6712819474

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2017.09.11. 10:02:02

Nagyon szép lehet a sarki fény a valóságban (a képeken is szép, persze). :-)

Amit viszont kérdezni szeretnék annyira nem tartozik ide. Nem a Maunder minimum idején volt a kis jégkorszak? És jól tudom, hogy amikor nincsenek napfoltok, akkor valamivel kisebb a Nap globál sugárzása? Vélelmezem a kettő összefügg. Vagy nem?

PFreddy 2017.09.11. 10:50:42

@rdos: "Nem a Maunder minimum idején volt a kis jégkorszak?"

Majdnem, valójában a kis jégkorszak idején volt a Maunder-minimum.

Kis jégkorszak néven tudtommal több periódust is emlegetnek átfogóan a 14. és a 19.század között, a Wikipedia szerint a legkomolyabb átlag lehűlés 1550 és 1750 közöttre tehető, de ezt ugye nehéz visszakövetkeztetni, tanulmányonként jelentősek az eltérések. A Maunder-minimumot jóval élesebben tudjuk behatárolni, ez 1645 és 1715 között történt.

A kettő közti kapcsolat nincs megerősítve, a kis jégkorszak betudható elvileg a megnövekedett vulkanikus aktivitásnak is. Az biztos, hogy a lehűlés már jóval 1645 előtt megkezdődött - bár az is igaz, hogy a napfoltészlelések csak az 1610-es években kezdődtek.

rdos · http://h2o.ingyenweb.hu/tema/6.html 2017.09.11. 11:52:41

@PFreddy: Boccs, de nem engedett a blogmotor privátot írni "nem engedélyezett karakter a nick-edben" vagy valami hasonló felirattal, ezért itt írom.

Kedves PFreddy!

Azért kérdeztem ezt a Maunder minimumot a napkitöréses blogodon, mert korábban statisztikai kapcsolatot kerestem a Napfolt mentes kisebb aktivitású időszakok és a Föld átlag hőmérséklete között, több részletben. Itt.

h2o.ingyenweb.hu/keret.cgi?/tema/70.html

Akkor azt a végső következtetést vontam le, hogy az utóbbi két három évtizedben a klíma a napfoltok számával nem volt arányos. Előtte azonban majdnem száz évig jól korreláltak egymással. :-)

Közben kiderült hogy az amerikaiak (Denver) nem tudnak napfoltot számolni, meglehet az utolsó harminc év is korrelálna.