Výzkumy v AsÚ AV ČR (126): Ohřev fotosféry Slunce v průběhu silné erupce

Sluneční erupce jsou těmi nejvýraznějšími projevy aktivity Slunce, souboru jevů, spojených s časovými změnami magnetických polí. Erupce se projevují v celém oboru elektromagnetického spektra, nejčastěji však ve spektrálních oblastech, jež jsou spojeny s vyššími vrstvami sluneční atmosféry, tedy s chromosférou a korónou. Těžiště výzkumu erupcí je tedy ve studiu jednak ultrafialových pozorování z kosmických družic a jednak chromosférických čar, například známé Hα, z pozemních observatoří.

Původem tohoto záření je lokalizovaný ohřev spodních vrstev atmosféry buď vysokoenergetickými svazky nebo zářením z vyšších vrstev, případně kombinací obojího. V některých případech je pozorována i širokopásmová emise ve viditelné oblasti spektra, která je všeobecně připisována záření pocházejícímu z fotosféry, tedy hluboko z atmosféry. Mluvíme pak o tzv. bílých erupcích. Zda jsou hlavním původce bílého světla hlubokopronikající částicové svazky, ohřev zářením z vyšší atmosféry nebo jiné procesy, to není doposud jasně uzavřeno. Naopak se objevují práce, které kladou za přesvědčení původu záření z fotosféry velký otazník.

6. září 2017 se před polednem na Slunci zažehla erupce, která o pár minut později dosáhla na klasifikační stupnici na bod X9,3 a stala se tak nejsilnější erupcí 24. cyklu aktivity. Tuto erupci zachytila celá plejáda přístrojů na Zemi i v kosmu. Vůbec poprvé byla erupce ve svém průběhu pozorována i spektropolarimetrem Slunečního optického dalekohledu na japonské družici Hinode. Spektropolarimetr na Hinode je spektrograf s vysokým spektrálním rozlišením, který má současně možnost měřit i jednotlivé polarizační stavy přicházejícího záření. Polarizace světla je ovlivněna jednak přítomností magnetických polí, ale také teplotními změnami v atmosféře, v níž toto záření vzniká.

Železné čáry pozorované Hinode vypovídají o dění ve fotosféře. Astronomové využili inverzního kódu SIR, který umožňuje z měřených spektropolarimetrických profilů spektrálních čar konstruovat model atmosféry, z níž tyto profily pocházejí. Výsledkem obrácené úlohy je pak informace o kompletním vektoru magnetického pole v atmosféře, o rychlostech pohybu plazmatu, ale také o teplotní struktuře dotčené vrstvy. Přímočará aplikace kódu na měření ukázala výrazný nárůst teploty s výškou ve fotosféře erupčního vlákna, kde teplotní nárůst činil mezi 600 K v hlubokých vrstvách až po 2500 K ve svrchní fotosféře. Autoři si však uvědomili, že takový ohřev plazmatu by byl značně nefyzikální, neboť by např. vyžadoval velmi speciální vlastnosti částic, které by takový ohřev mohly způsobovat. Dále si uvědomili, že SIR není schopen modelovat celou atmosféru a pokud tedy například do pozorování vstupuje příspěvek z horních vrstev, program tento příspěvek nevyhnutelně promítne do větších hloubek a výsledky pak nebudou odpovídat realitě.

K započtení možnosti příspěvku z vyšší atmosféry tak museli autoři postupovat velmi obezřetně a programu pomoci. Předpokládali (na základě předchozích studií), že pokud je zde takový příspěvek, bude nepolarizovaný. Zkusmo tedy odečítali část nepolarizovaného světla, přičemž světlo polarizované ponechávali beze změny, a pro modifikované profily nechali počítat obrácenou úlohu. Za fyzikální pak považovali takové řešení, které nezvyšovalo teplotu v nejhlubších vrstvách fotosféry, neboť předpokládali, že tak hluboko již eruptivní procesy nemohou proniknout. Ve vyšších vrstvách je ale teplotní nárůst zachován, byť v menší míře.

Takové řešení je fyzikálně mnohem přijatelnější, než to bez opravy o příspěvek z chromosféry. Z pohledu čísel pak chromosférické kontinuum představuje příspěvek asi 20-30 % intenzity klidného Slunce, což v umbře skvrny, kudy erupční vlákno prochází, znamená sto a víceprocentní celkový nárůst intenzity. Zjasnění v širokopásmové oblasti pocházející z fotosféry je pak podle modelu o řád menší, přibližně 2 % intenzity klidného Slunce.

Podle modelu autorů z ASU má tedy dominantní podíl na zvýšení širokopásmového záření ve vláknu erupce z 6. září 2017 především záření z chromosféry, pravděpodobně v oblasti Paschenova rekombinačního kontinua. To je v souladu s jinými nedávnými pracemi řešenými ve Slunečním oddělení ASU. Tyto práce pak naznačují, že by původ světla bílých erupcí mohl být v jiné vrstvě atmosféry, než odpovídá obecně přijímaným modelům.

REFERENCE

J. Jurčák, J. Kašparová, M. Švanda, L. Kleint, Heating of the solar photosphere during a white-light flare, Astronomy&Astrophysics v tisku, preprint arXiv:1811.07794

KONTAKT

Mgr. Jan Jurčák, Ph. D.
jurcak@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.