Na čem se pracuje v Ondřejově (6): Proudění plazmatu kolem slunečních skvrn
Svrchní obálka slunečního tělesa je kvůli probíhající konvekci neuvěřitelně dynamická až chaotická. Přesto zde nalezneme určitý velkorozměrový systém proudících útvarů, granule a supergranule. Silná magnetická pole, zejména taková, která vytvářejí sluneční skvrny, tuto dynamiku značným způsobem ovlivňuje. Okolo vyvinutých slunečních skvrn s penumbrou se pak ustavuje zvláštní systém proudění plazmatu, tzv. moat. M. Švanda a M. Sobotka z AsÚ s T. Bártou, studentem MFF UK, studovali statistické porovnání vlastností proudění v moatech unipolárních skvrn a v supergranulích.
Oba útvary jsou si totiž již na první pohled podezřele podobné. Supergranule, které nejsou přímo pozorovatelné běžnými dalekohledy, připomínají jakési výtokové růžice s rozměry kolem 30 Mm, převážně s horizontálním prouděním od středu buněk k jejich okrajům rychlostí kolem 300 m/s, a životní dobou kolem jednoho dne. Moaty (vyslov [mout], česky bychom řekli „příkop“, ovšem český překlad se nepoužívá) kolem slunečních skvrn vypadají jako prstenec proudění směrem od penumbry sluneční skvrny. Jejich šířka je kolem 10 Mm a plazma v nich od skvrny uniká rychlostí kolem 500 m/s. Zdálo by se tedy, že proudění plazmatu kolem skvrny vypadá jakoby někdo umístil skvrnu doprostřed supergranule. Experimentální popis charakteru proudění kolem skvrn silně omezuje modely jejich hloubkové struktury a vzniku.
Pro měření pohybu plazmatu v obou útvarech byla použita lokální helioseismologie. Tento moderní obor sluneční fyziky analyzuje šíření seismických vln slunečním nitrem, v tomto případě šíření povrchového gravitačního modu, který je ovlivňován děním v mělkých přípovrchových vrstvách konvektivní zóny. Z poruch šíření seismických vln je možné usoudit na přítomnost anomálií (poruch hustot, tlaku, ...), ale také na směr a velikost proudění plazmatu v nitru. Pro výpočet bylo použito programové vybavení vyvinuté M. Švandou v předchozích letech. Tento programový balík umožňuje měřit cestovní časy seismických vln a inverzní metodou z nich modelovat všechny tři složky vektoru proudění plazmatu ve zvolené hloubce pod povrchem.
Porovnání bylo prováděno statistickým způsobem, čímž se podařilo vyhnout lokálním změnám a náhodným chybám. Pro popis proudění v moatu bylo z pozorování přístrojem HMI na sluneční družicové observatoři SDO použito 104 osamocených přibližně radiálně symetrických slunečních skvrn, pro popis proudění v supergranuli pak 222 976 jednotlivých supergranulí, detekovaných automatickým segmentačním algoritmem.
Z porovnání vyplývá, že oba proudové systémy jsou si skutečně velmi podobné. Nalezneme zde však dva podstatné rozdíly. Zatímco proudění v průměrné supergranuli je přísně symetrické kolem středu, proudění v moatu skvrny je ovlivněno vlastním pohybem skvrny, jež se pohybuje asi o 100 m/s rychleji než okolí. Radiální proudění v moatu je tedy strháváno před skvrnou na sever a jih od skvrny, což zmenšuje tloušťku moatu na západní straně skvrny, a za skvrnou vytváří brázdu podobnou brázdě za plující lodí, čímž naopak tloušťku moatu na východní straně skvrny zvětšuje. Druhý rozdíl je pak v charakteru vertikální rychlosti. Ve středu supergranule nalezneme vzestupné proudění rychlostí asi 4 m/s, které se přibližně na 60 % rozměru supergranule mění na proudění sestupné. Naproti tomu celý moat je oblastí sestupného proudu. Odhady naznačují, že v moatu cirkuluje alespoň dvakrát tolik hmoty jak v průměrné supergranuli, což nejspíš znamená, že těsně kolem sluneční skvrny musí vyvěrat plazma z nitra Slunce vysokou rychlostí. Tato oblast je bohužel současnou helioseismologií nepostihnutelná.
Reference: Švanda, M., Sobotka, M., Bárta, T., Moat Flow System around Sunspots in Shallow Subsurface Layers, Astrophysical Journal 790 (2014) article id. 135, arXiv:1406.2482
Kontakt: Mgr. Michal Švanda, Ph.D., svanda@asu.cas.cz