Νέες μελέτες στο στέμμα του Ήλιου για την προστασία της Γης από τις ηλιακές εκρήξεις

Το στέμμα του Ήλιου, το εξώτερο ατμοσφαιρικό στρώμα του, αποτελεί το κλειδί για την κατανόηση της ηλιακής δραστηριότητας, συμπεριλαμβανομένων φαινομένων όπως οι ηλιακές εκλάμψεις και οι διαστημικές καιρικές συνθήκες. Εδώ και δεκαετίες, οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν την πρόκληση της μέτρησης του στεμματικού μαγνητικού πεδίου του Ήλιου, καθώς το πεδίο αυτό κινεί μεγάλο μέρος της ενέργειας που οδηγεί σε ηλιακές εκρήξεις.

Τώρα, σε ένα πρωτοποριακό επίτευγμα, η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Tian Hui από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου, σε συνεργασία με διεθνείς εμπειρογνώμονες, πραγματοποίησε τις πρώτες συμβατικές μετρήσεις του παγκόσμιου στεμματικού μαγνητικού πεδίου. Τα ευρήματα τους προσφέρουν νέες πληροφορίες για τη μαγνητική δραστηριότητα του Ήλιου σε διάστημα οκτώ μηνών.

Το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου είναι υπεύθυνο για την αποθήκευση και την απελευθέρωση ενέργειας, η οποία θερμαίνει το πλάσμα στο στέμμα και πυροδοτεί ηλιακές εκρήξεις. Αυτές οι εκρήξεις, με τη σειρά τους, μπορούν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στον διαστημικό καιρό, επηρεάζοντας δυνητικά τις λειτουργίες των δορυφόρων, τα συστήματα GPS, ακόμη και τις ανθρώπινες διαστημικές πτήσεις. Ωστόσο, λόγω της σχετικά αδύναμης φύσης του στεμματικού μαγνητικού πεδίου σε σύγκριση με το μαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια του Ήλιου (φωτόσφαιρα), η μέτρηση του πεδίου αυτού έχει αποδειχθεί σημαντική πρόκληση.

Καθώς ο Ήλιος περιστρέφεται, υπάρχουν διακυμάνσεις στα μαγνητικά πεδία και η δυνατότητα τακτικής παρακολούθησης του στεμματικού μαγνητικού πεδίου του Ήλιου θα βελτιώσει την κατανόηση των ηλιακών εκρήξεων και θα βοηθήσει στην προστασία των συστημάτων υψηλής τεχνολογίας στη Γη και στο Διάστημα.

Με την πάροδο των ετών, έχουν γίνει μετρήσεις ρουτίνας του φωτοσφαιρικού μαγνητικού πεδίου, αλλά το στεμματικό πεδίο παρέμεινε ασύλληπτο. Αυτός ο περιορισμός εμπόδισε την ικανότητα των επιστημόνων να κατανοήσουν πλήρως την τρισδιάστατη δομή του μαγνητικού πεδίου και τις δυναμικές διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα του Ήλιου.

Το 2020, η ομάδα του Tian Hui ανέπτυξε μια μέθοδο που ονομάζεται «δισδιάστατες στεμματικές κρούσεις», η οποία επέτρεψε τις πρώτες μετρήσεις της παγκόσμιας κατανομής του στεμματικού μαγνητικού πεδίου. Αυτό ήταν ένα σημαντικό ορόσημο, σηματοδοτώντας ένα κρίσιμο βήμα προς τον στόχο των μετρήσεων ρουτίνας του στεμματικού μαγνητικού πεδίου.

Πρόσφατα, η ομάδα του Tian βελτίωσε περαιτέρω αυτή τη μέθοδο, επιτρέποντάς της να παρακολουθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια τα μαγνητοϋδροδυναμικά διατμητικά κύματα στο στέμμα. Αυτό κατέστησε δυνατή τη διάγνωση της κατανομής της στεμματικής πυκνότητας και, ως αποτέλεσμα, τον προσδιορισμό τόσο της ισχύος όσο και της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου.

Χρησιμοποιώντας το αναβαθμισμένο πολωσιόμετρο πολλαπλών καναλιών (UCoMP), η ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε λεπτομερείς παρατηρήσεις του στέμματος του Ήλιου από τον Φεβρουάριο έως τον Οκτώβριο του 2022. Κατά τη διάρκεια αυτής της οκτάμηνης περιόδου, συνέλεξαν 114 μαγνητογραφήματα (εικόνες μαγνητικού πεδίου), τα οποία τους επέτρεψαν να παρατηρήσουν την εξέλιξη του στεμματικού μαγνητικού πεδίου σε διαφορετικά υψόμετρα και πλάτη σε πολλαπλές ηλιακές περιστροφές. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου μετρήθηκε μεταξύ 1,05 και 1,60 ηλιακών ακτίνων και κυμαινόταν από λιγότερο από 1 gauss έως περίπου 20 gauss.

Με αυτές τις μετρήσεις, μπόρεσαν να δημιουργήσουν έναν παγκόσμιο χάρτη της έντασης του μαγνητικού πεδίου στο στέμμα του Ήλιου. Ο χάρτης αυτός αποκάλυψε πώς εξελίσσεται το μαγνητικό πεδίο με την πάροδο του χρόνου και σε διάφορες περιοχές του Ήλιου.

Όταν συγκρίθηκαν με τις προβλέψεις των πιο προηγμένων παγκόσμιων στεμματικών μοντέλων, όπως αυτό που ανέπτυξε η Predictive Science, η ομάδα διαπίστωσε ότι τα δεδομένα των παρατηρήσεων τους ταίριαζαν στενά με τις προβλέψεις του μοντέλου στις περιοχές μεσαίου και χαμηλού γεωγραφικού πλάτους. Ωστόσο, παρατήρησαν μεγαλύτερες αποκλίσεις στις περιοχές υψηλού γεωγραφικού πλάτους και στις ενεργές περιοχές του Ήλιου.

Τα ευρήματα αυτά είναι κρίσιμα για τη βελτίωση των σημερινών μοντέλων της μαγνητικής δραστηριότητας του Ήλιου και την κατανόηση της δυναμικής των ηλιακών εκρήξεων. Όπως εξηγεί ο επικεφαλής συγγραφέας Yang Zihao, οι παρατηρήσεις της ομάδας παρέχουν μια βασική βάση για τη βελτίωση και τη βελτιστοποίηση των στεμματικών μοντέλων, η οποία θα μπορούσε τελικά να οδηγήσει σε ακριβέστερες προβλέψεις των ηλιακών εκρήξεων και των πιθανών επιπτώσεών τους στο διαστημικό περιβάλλον της Γης. Η μελέτη αυτή σηματοδοτεί μια αλλαγή στην Ηλιακή Φυσική, καθώς ο τομέας εισέρχεται σε μια νέα εποχή μετρήσεων ρουτίνας του στεμματικού μαγνητικού πεδίου.

Σύμφωνα με τον Tian Hui, αυτό το επίτευγμα είναι μόνο η αρχή. Παρόλο που οι τρέχουσες μέθοδοι τους επιτρέπουν τη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου στην άκρη του ηλιακού δίσκου, ο επόμενος στόχος είναι η ανάπτυξη τεχνικών που θα επιτρέψουν την πλήρη μέτρηση ολόκληρου του στεμματικού μαγνητικού πεδίου, συμπεριλαμβανομένου του ίδιου του ηλιακού δίσκου. Αυτό θα απαιτήσει την ενσωμάτωση άλλων μεθόδων και εργαλείων μέτρησης, αλλά αποτελεί κρίσιμο στόχο για την κοινότητα της Ηλιακής Φυσικής τις επόμενες δεκαετίες.

[via]