Výzkumy v ASU AV ČR (56): Nárůst kontinua ve slunečních erupcích – nové možnosti jejich předpovědí?
Sluneční erupce jsou nejenergetičtějšími projevy aktivity našeho Slunce, tedy procesů souvisejících se změnami organizovaných magnetických polí. Erupce připomínají povodně: probíhají rychle, způsobí kompletní přestavbu svého bezprostředního okolí a předpovědět je lze pouze statisticky. Tedy můžeme (s vysokou mírou úspěšnosti) říci, že např. v následujícím týdnu dojde na Slunci k velké erupci, už nedokážeme ale říci, kdy přesně to bude a jak moc bude mohutná. U povodní jsme na tom přeci jen trochu lépe – lze před nimi alespoň krátkodobě varovat. To u erupcí možné není. Tedy prozatím. Nejnovější výsledky týmu P. Kotrče z ASU naznačují, že by se přinejmenším tento aspekt mohl v nejbližší době změnit.
Úspěšné předpovědi sluneční aktivity jsou tím hlavním dlouhodobým cílem slunečního výzkumu. Erupce jsou obvykle spojeny s výrony horké hmoty do koróny a dále do meziplanetárního prostoru. Tyto plazmoidy vyvolávají v okolí Země geomagnetické bouře, jež mají bezprostřední vliv na technologie, na nichž jsme každodenně závislí. Na telekomunikace, na dodávky elektrické energie.
Vzhledem k tomu, že v erupcích dochází k ohřátí materiálu na velmi vysoké teploty až desítek milionů stupňů, takto horká látka se projevuje vlastním zářením především v ultrafialové a rentgenové oblasti spektra. Objeví se i záření optické, jak svazky urychlených částic bombardují nižší vrstvy atmosféry a nutí ji zářit ve vlnových délkách, jež jsou danému materiálu vlastní. Tedy pro chromosféru se jedná především o známé spektrální čáry Balmerovy série. U některých erupcí se pozoruje i spojité záření v optickém oboru (tzv. bílé světlo) – pak mluvíme o bílých erupcích a ty jsou obzvláště zajímavé.
Není totiž zcela zřejmé, jak ono bílé záření vzniká. Tradiční vysvětlení říká, že v tomto případě jsou elektronové svazky tak energetické, že proniknou až do fotosféry a přinutí ji zářit v kontinuu. Jenže některé teoretické práce ukazují, že elektrony pronikají do hlubokých vrstev velmi neochotně a navíc by jich muselo být velké množství – pesimisté dokonce tvrdí, že pro tento klasický mechanismus vzniku bílé erupce je zapotřebí více elektronů než jich je v celé koróně. Alternativní hypotéza vysvětluje bílé světlo rekombinací vodíku v chromosféře. To by bylo velmi elegantní vysvětlení, znamenalo by to však, že prakticky každá erupce musí být bílá. Jen to u většiny z nich nepostřehneme.
Pavel Kotrč a jeho tým zkonstruovali zařízení, které by do problému mohlo vnést svěží vítr. Oba nastíněné modely by se totiž měly lišit spektrálním tvarem spojitého záření (kontinua) a tak cílem jejich práce byl vývoj zařízení, jež dokáže případný nárůst záření v kontinuu změřit. To však naráží na problém, že předpokládaná oblast, z níž záření v kontinuu přichází, je malá, a měří-li se tedy na celém slunečním disku, splyne s pozadím. Naproti tomu použití štěrbinového spektrografu vyžaduje přesné nastavení dalekohledu na místo erupce před jejím začátkem. To přirozeně nelze.
Autoři tedy do ohniskové roviny dalekohledu HSFA2 v Ondřejově umístili otočnou sadu clonek s různými průměry, které umožní vybrat záření pouze z určité aktivní oblasti, kde se očekává zažehnutí erupce. Světlo z clonky je přivedeno optickým vláknem do malého spektrografu a jeho nízkodisperzní spektrum je snímáno v časové sekvenci. Přístup kombinuje výhody obou výše nastíněných přístupů. Umístění clonky není tak náročné na přesné umístění na vlákno erupce a současně bude výběrem jen části disku zvýšen kontrast případného zvýšeného kontinua.
Zařízení bylo hned otestováno na třech erupcích. Zejména erupce třídy X1,0 z 11. června 2014 poskytla vynikající pozorovací materiál. V průběhu erupce bylo skutečně zaznamenáno zvýšení kontinua v modré oblasti spektra. Po kalibraci z těchto pozorování vyplynulo, že intenzita záření v oblasti tzv. Balmerova kontinua narostla v předpokládaných vláknech erupce až o 550 % hodnoty klidného Slunce. Toto měření je v dobrém souhlasu s teoretickým modelem záření v erupcích, který je též vyvíjen na ASU. Sekvence ukazuje, že k nárůstu v Balmerově kontinuu došlo již před zaznamenáním dalších projevů erupce a to o celou čtvrthodinu.
Relativně jednoduché zařízení tak ukázalo svoji životaschopnost. Navíc poukázalo na potenciální možnost předpovědi zažehnutí erupce desítky minut dopředu. Sice to zcela nevyrovnává možnosti hydrologů v předpovědi nadcházejících povodní, ale pro studium eruptivních procesů by to mohlo mít zásadní význam.
Reference:
Kotrč, P., Procházka, O., Heinzel, P., New Observations of Balmer Continuum Flux in Solar Flares, Instrument Description and First Results, Solar Physics v tisku, preprint arXiv:1601.04610
Kontakt:
RNDr. Pavel Kotrč, CSc., pkotrc@asu.cas.cz
Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.