Výzkumy v ASU AV ČR (104): Bílé erupce pozorované nad okrajem slunečního disku

Erupce na Slunci jsou nejdramatičtějším projevem proměnné sluneční aktivity, tedy jevů, jež bezprostředně souvisejí se změnami magnetických polí ve sluneční atmosféře. Příčinou erupce je rekonexe (přepojení) siločar magnetického pole v koróně, přičemž se uvolňuje velké množství energie v nejrůznějších formách. Projevy erupcí jsou pozorovány na všech vlnových délkách spektra, specifický obraz však mají zejména v chromosférických čarách. Například v čáře Hα se projevují lokalizovanými zjasněními, za které může kolizní ohřev elektronovými svazky dostávající se do chromosféry vysokými rychlostmi od místa rekonexe.

Mohutnější erupce se podobně projevují i v širokopásmové oblasti bílého světla, mluvíme tedy o tzv. bílých erupcích, a jsou považovány za vzácné. Klasický scénář vzniku bílých erupcí vychází z představy elektronových svazků pronikajících až do fotosféry, kde je pak kolizně stimulována spojitá emise záporného iontu vodíku. Tento scénář však není jediným možným, alternativní modely označují za zdroj  bílé emise  rekombinační kontinuum vodíku vznikající v chromosféře nebo mechanismus tzv. zpětného ohřevu fotosféry, kdy svazky nejprve stimulují emisi v chromosféře, která ohřívá i fotosféru a jež poté září v bílém světle. V úvahu přichází ještě třetí příspěvek, a tím je rozptyl záření fotosféry na volných elektronech v chromosféře. Celková emise může být pak kombinací těchto procesů.

Problematika je tedy velmi složitá a z běžně dostupného pozorovacího materiálu nelze spolehlivě zhodnotit jednotlivé příspěvky. Důvodem je zejména to, že v erupcích na slunečním disku se z pohledu pozorovatele možná místa původu bílého světla v chromosféře a fotosféře překrývají. O to cennější jsou ojedinělá pozorování erupcí s měřitelným příspěvkem v kontinuu, které se odehrávají nad okrajem slunečního disku a umožňují tak rozlišit výškovou strukturu emise v kontinuu. Taková pozorování jsou ze Země nesmírně obtížná až nemožná. Změnu přinesla družice Solar Dynamics Observatory (SDO) vypuštěná v roce 2010, na jejíž palubě úspěšně funguje přístroj Helioseismic and Magnetic Imager (HMI), který pořizuje nepřetržitě snímky celého disku Slunce a jeho nejbližšího okolí s kadencí 45 sekund. Pozorování v profilu železné čáry v zelené oblasti spektra zahrnují i příspěvek kontinua a jedním z datových produktů je odvozená emise v kontinuu. 

Dvě erupce, jedna z 19. července 2012 a druhá z 20. listopadu téhož roku, byly pozorovány právě v kanálu pseudokontinua přístroje HMI. V obou případech se jednalo o erupce nad limbem, což z nich vytvořilo jedinečný pozorovací materiál pro poodhalení tajemství bílých erupcí. V erupcích nad limbem totiž nemůže z principu být přítomno kontinuum pocházející přímo z fotosféry a v úvahu tak přichází pouze kontinuum vznikající v chromosféře nebo Thomsonův rozptyl fotosférického záření. 

Petr Heinzel z ASU se svým týmem z ASU a Švýcarska velice pečlivě analyzovali dostupná pozorování a vyhodnotili důležitost jednotlivých příspěvků k bílému světlu pomocí analytických odhadů. Z výsledků jednoznačně vyplývá, že pro obvyklé hodnoty hustoty chromosférické látky v erupci je příspěvek Thomsonova rozptylu na volných elektronech zanedbatelný a tedy že zcela dominujícím prvkem je rekombinační Paschenovo vodíkové kontinuum vznikající při záchytu volných elektronů na třetí energetickou hladinu vodíku. Autoři vyhodnotili i možný vliv dalšího zdroje záření v kontinuu, kterým je volně-volný rozptyl na jádrech vodíku. Výpočty naznačují, že tento příspěvek začíná být důležitý pro teploty vyšší než přibližně 20 000 K. 

Analýzu dat a analytické odhady doplnili autoři numerickou simulací situace  programem FLARIX, vyvíjeným v ASU, který modeluje odezvu sluneční atmosféry na ohřev elektronovým svazkem a započítává i odpovídající záření vodíku a dalších důležitých atomů.  Výsledky modelu jsou  v souladu s odhady získanými z pozorování, tedy že v podmínkách slunečních erupcí dominuje detekované emisi v HMI kontinuu Paschenovo kontinuum s malým příspěvkem volno-volné emise a že příspěvek Thomsonova rozptylu je zanedbatelný.

Práce kolektivu vedeného Petrem Heinzelem tedy sice neřeší zcela nejasnosti kolem bílých erupcí, ale přinejmenším značně omezuje možné modely.  

REFERENCE

Heinzel P. a kol., On the Nature of Off-limb Flare Continuum Sources Detected by SDO/HMI, Astrophysical Journal 847 (2017) article id. 48, preprint arXiv:1709.06377

KONTAKTY

prof. RNDr. Petr Heinzel, DrSc.
Email: petr.heinzel@asu.cas.cz
Mgr. Jana Kašparová, Ph. D.
Email: jana.kasparova@asu.cas.cz
Sluneční oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Sluneční oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.