Výzkumy v ASU AV ČR (188): Vlastnosti magnetického pole ve vyvíjející se sluneční póře

Při pohledu dalekohledem na sluneční povrch si můžeme povšimnout mnoha objektů, naší pozornosti ale jistě neuniknou velmi tmavé kompaktní oblasti – sluneční skvrny. Jejich výskyt je důsledkem existence silného magnetického pole, které potlačuje konvektivní proudění v přípovrchové vrstvě sluneční konvektivní zóny a tak značně omezuje dopravu teplého plazmatu do těchto oblastí. Ty pak vychládají a v důsledku vyzařovacích zákonů ve srovnání se svým teplejším okolím tmavnou. 

V rozvinutých skvrnách lze obvykle i v amatérských podmínkách snadno identifikovat dvě odlišné oblasti. Velmi tmavé jádro – umbru, obklopenou více či méně pravidelným prstencem jasnější penumbry. Hranice mezi umbrou a penumbrou je překvapivě ostrá. Na této hranici se prudce mění nejen množství vyzářené energie, ale i jiné vlastnosti jak plazmatu, tak magnetického pole, které za formací skvrny stojí. Odborníci velmi dlouho pátrali po klíčovém parametru, který rozlišuje různé režimy degenerované konvekce v přítomnosti magnetického pole mezi umbrou a penumbrou. Před několika lety Jan Jurčák z ASU (též spoluautor představované studie) prokázal, že tímto klíčovým parametrem je vertikální (svislá vůči lokální rovině fotosféry) komponenta magnetického pole. Na tuto možnost sice poukazovaly již kvalitativní úvahy Chandrasekhara v 60. letech minulého století, ale experimentální ověření s vysokou statistickou platností se podařilo až J. Jurčákovi. 

Následné studie prokázaly, že tzv. Jurčákovo kritérium je skutečně univerzálním kritériem určujícím pozici stabilního rozhraní umbra-penumbra. Odpovídá-li hodnota vertikální komponenty magnetického pole na optické hranici umbra-penumbra kritické hodnotě (která činí asi 0,16-0,18 T, její určená hodnota je ovlivněna optickými vlastnostmi přístroje, jímž byla pozorování získána), bude toto rozhraní stabilní. Je-li hodnota na optické hranici menší než kritická, obvykle dochází k pronikání penumbry do umbry a pokud není nalezena hlouběji v umbře kritická hodnota, skvrna se postupně rozpadá. 

Extrémním případem slunečních skvrn jsou ty, které penumbru nemají. Terminologicky je označujeme jako póry. Jde o skvrny, které jsou obvykle rozměrově menší, ale i přes zdánlivý handicap mají jinak všechny vlastnosti umber vyvinutých skvrn. Póry mají převážně vertikální pole a tak jako v umbrách slunečních skvrn v nich pozorujeme i jemné struktury jako umbrální body nebo světelné mosty. Doposud nezodpovězená však zůstala otázka, zda platí Jurčákovo kritérium i v tomto případě, tedy kdy magnetokonvekci v režimu silného magnetického pole bezprostředně obklopuje oblast klidného Slunce. 

Tato otázka se stala cílem představované práce, kterou v rámci svého doktorského studia řeší Marta García-Rivas pocházející ze Španělska. Autoři se soustředili na nepřerušenou sekvenci pozorování póry v aktivní oblasti NOAA 11175, která se v poblíž středu slunečního disku vyvíjela ve dnech 18. až 19. března 2011. Její vývoj byl zachycen přístrojem Helioseismic and Magnetic Imager na družici Solar Dynamics Observatory. Jedním z datových produktů plynoucích z tohoto přístroje jsou mapy polarizovaných komponent záření ve spektrální čáře železa, které jsou k volně k dispozici s kadencí 12 minut. Z měření polarizovaného záření lze odvodit plný vektor magnetické indukce, tedy jak jeho velikost, tak jeho směr. Pro účely této studie využili autoři pozorování opravená o rozptylovou funkci přístroje, což umožnilo dosáhnout reálného rozlišení kolem 0,5“. 

M. García-Rivas pak studovala vlastnosti vektoru magnetické pole na optickém rozhraní umbra-klidná fotosféra. V průběhu zmíněných dvou dnů prošla póra složitým vývojem. Nejprve mezi 9.24 UT a 13.30 UT prvního dne plocha póry rostla. Hodnota indukce magnetického pole na sledovaném rozhraní stejně jako jeho sklon se měnila podle toho, zda v daném okamžiku plocha póry rostla rychle (pak se indukce snižovala) nebo pomalu (pak naopak indukce rostla). Mezi 13.30 UT a 16.30 UT se velikost póry neměnila, póra zůstala velmi stabilní. Hodnota magnetické indukce na rozhraní dosáhla své maximální hodnoty a jemně fluktuovala kolem hodnoty odpovídající hodnotě kritické. Kolem 16.30 UT do póry z nitra začalo překotně pronikat nové magnetické pole, plocha póry opět překotně rostla a to především na její severní straně. Tento stav trval až do 19.30 UT. Magnetická indukce na rozhraní poklesla. Bylo však patrné, že se v póře oddělují dvě kompaktní magnetické oblasti s lokálními maximy magnetického pole. Po 19.30 UT se už žádné nové magnetické pole nevynořilo a póra se začala rozpadat. Autoři ji přestali sledovat druhý den ráno.

A jak se to má s Jurčákovým kritériem? Jedině v případě krátké stabilní fáze se překryla kontura optického rozhraní a kritické hodnoty vertikální komponenty magnetického pole známé ze slunečních skvrn. Ve všech ostatních fázích se kontura kritické hodnoty nacházela uvnitř umbry. Nebyla splněna podmínka stability a póra se proměňovala, v závěrečných fázích pak rozpadla. I v tomto extrémním případě tedy Jurčákovo kritérium platí. 

REFERENCE

M. García-Rivas, J. Jurčák, N. Bello González, Magnetic properties on the boundary of an evolving pore, Astronomy & Astrophysics v tisku, preprint arXiv:2102.08459.

KONTAKT

Marta García-Rivas, MSc.
marta.garcia.rivas@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.