Výzkumy v ASU AV ČR (43): Vznik penumbry sluneční skvrny v přímém přenosu
Přestože jsou skvrny na Slunci známy již od starověku a v Evropě jsou pravidelně sledovány od dob vynálezu dalekohledu, jsou neustále obestřeny řadou tajemství. Prozatím např. vůbec není jasné, jak vypadá struktura magnetického pole tvořícího skvrnu pod úrovní viditelného povrchu. Má charakter tlusté monolitické silotrubice, nebo vypadá jako svazek menších trubiček, takže připomíná svazek špaget? Stejně tak není úplně zřejmé, za jakých podmínek a proč vzniká kolem jádra (umbry) skvrny její okrajový lem (penumbra). Právě na poslední jmenovaný problém se zaměřil Jan Jurčák z AsÚ ve spolupráci s kolegy z Kiepenheuerova Institutu pro sluneční fyziku z německého Freiburgu.
A měli k dispozici skutečně výjimečný materiál. Časosběrné video zachycující velkou sluneční póru (skvrnu bez penumbry) pozorovanou 4. července 2009, u níž se v průběhu asi čtyř hodin v části ve směru ke kraji slunečního disku v přímém přenosu vytvořila penumbra. Sekvence přesvědčivě ukazuje ostrý přechod mezi umbrou a granulací klidného Slunce na začátku pozorování kolem 8.30 UT, a plně rozvinutou penumbru na konci pozorování kolem 12.40 UT. V průběhu dne se pak vytvořila kompletní penumbra kolem celé skvrny, to již však nebylo předmětem výzkumu představované práce.
Pozorování byla pořízena pomocí interferometru GFPI namontovaném na německém dalekohledu VTT (Vacuum Tower Telescope) observatoře Izaña na Tenerife. Tento 70cm dalekohled je vybaven adaptivní optikou a umožňuje tak pozorování s rozlišením blízkým teoretickému limitu danému optikou teleskopu. Jako doplňující použili autoři dvě sekvence pozorování z dalekohledu SOT operovaném na palubě japonské kosmické družice Hinode a dále pak porovnávací pozorování stabilní skvrny s penumbrou z 2. 2. 2007.
Spektropolarimetrická pozorování (tedy měření intenzity provedená s vloženým vhodným polarizačním filtrem) byla použita k výpočtu modelu fyzikálních parametrů plazmatu ve skvrně. Studie se zaměřila zejména na určení pozice hranice umbra-penumbra a popis vývoje parametrů plazmatu na této hranici. Z pečlivé analýzy vyplývá, že pozice hranice umbra-penumbra se v průběhu času neposunula nijak výrazně. Penumbra vznikala především na úkor oblasti klidného Slunce, kde byly nemagnetizované granule postupně nahrazeny dlouhými magnetizovanými penumbrálními filamenty, skvrna tedy nabyla na ploše. Ukazuje se však, že se penumbra částečně rozšiřuje i do umbry.
Vlastnosti vyvíjející se penumbry jsou po ustavení prakticky shodné s vlastnostmi stabilní penumbry, a to včetně rozdělení a amplitud zdánlivých pohybů. Vertikální komponenta vektoru magnetického pole na rozhraní umbra-penumbra postupně narůstá a stabilizuje se na hodnotě asi 0,19 T. Podobnou hodnotu zaznamenal J. Jurčák i ve své práci z roku 2011 při studiu devíti stabilních skvrn, z čehož vyplývá, že se jedná o kanonickou hodnotu vertikální komponenty na rozhraní, která rozděluje umbrální od penumbrálního modu magnetokonvekce. Určení vertikální komponenty magnetického pole je však silně ovlivňováno nejrůznějšími rušivými vlivy vstupujícími do pozemních pozorování, takže autoři poukazují na to, že spolehlivě lze určit tuto kritickou hodnotu pouze z družicových pozorování.
Pozorované chování je možné velmi přirozeně vysvětlit v rámci modelu pohybující se silotrubice (tento model odpovídá spíše svazkovému modelu sluneční skvrny) navrženém v roce 1998 R. Schlichenmaierem, který je také jedním ze spoluautorů představované práce. Zdá se, že právě kanonická hodnota vertikálního pole na rozhraní umbry a penumbry hraje důležitou roli v rozlišení umbry od penumbry a zachycený vývoj tento závěr potvrzuje.
Reference
Jurčák, J. a kol., A distinct magnetic property of the inner penumbral boundary, Astronomy&Astrophysics 58 (2015) L1, arXiv:1506.08574
Kontakt
Mgr. Jan Jurčák, Ph. D., jurcak@asu.cas.cz
Převzato: Astronomický ústav AV ČR