Skąd się bierze pole magnetyczne Słońca?
Mimo iż z oddali Słońce wygląda na oślepiający, intensywnie żółty dysk, jego powierzchnia "tańczy". Potężne pętle i wirujące cyklony, które docierają do górnych warstw słonecznej atmosfery, nie są widoczne w świetle widzialnym. W latach 50. ubiegłego wieku po raz pierwszy odkryliśmy ten kosmiczny balet, kiedy to gwiazda wyemitowała światło o długościach fal niewidocznych dla naszych oczu. Teraz monitorujemy je cały czas. Czy kiedyś uda nam się w pełni zrozumieć magnetyzm Słońca?
Gdy tylko udało się zaobserwować dynamikę procesów zachodzących na Słońcu, kolejny krok prowadził do próby zrozumienia, z czego się ona bierze. W tym celu naukowcy postanowili połączyć obserwacje w czasie rzeczywistym i symulacje komputerowe, aby jak najlepiej przeanalizować zachowanie korony słonecznej. Dzisiaj już wiemy, że za dynamikę Słońca odpowiada fakt, że jest to olbrzymia gwiazda magnetyczna, wykonana z materiału, który porusza się zgodnie z prawami elektromagnetyzmu.
- Nie wiemy dokładnie, w którym miejscu Słońca jest tworzone pole magnetyczne. To może mieć miejsce blisko powierzchni Słońca lub głęboko we wnętrzu gwiazdy. Albo na różnych głębokościach gwiazdy - powiedział Dean Pesnell z Goddard Space Flight Center.
Odkrycie, co napędza magnetyzm Słońca jest kluczowe dla zrozumienia natury przestrzeni kosmicznej w Układzie Słoneczny. Pole magnetyczne Słońca jest odpowiedzialne za wszystko - od wybuchów słonecznych, które powodują zmiany kosmicznej pogody (ziemskie zorze polarne), po międzyplanetarne promieniowanie, przez które musi przebić się każdy statek kosmiczny podróżujący przez nasz układ planetarny.
Jak zatem zobaczyć coś, co niewidzialne? Po pierwsze, poprzez obserwację materiału na Słońcu. Nasza gwiazda jest zbudowana z plazmy, podobnego do gazu stanu materii, w którym elektrony i jony są rozdzielone, tworząc supergorącą mieszankę naładowanych cząstek. Gdy naładowane cząstki poruszają się, naturalnie tworzą pole magnetyczne, które z kolei ma dodatkowy wpływ na trajektorię ich ruchu. Słoneczna plazma tworzy skomplikowany układ przyczynowo-skutkowy, w którym powstająca w Słońcu plazma powoduje powstawanie pola magnetycznego wpływającego na ilość tworzonej plazmy - tzw. mechanizm słonecznego dynama. Ruch plazmy w polu magnetycznym jest opisywany równaniami magnetohydrodynamiki - zmiany tego pola powodują powstanie dodatkowej siły elektromotorycznej, jak w prądnicy, a przepływy plazmy mogą być opisywane jako obwody elektryczne.
Teraz możemy obserwować kształt pola magnetycznego powyżej powierzchni Słońca, ponieważ wpływa on na ruch plazmy. Dodatkowo, pętle magnetyczne mogą być mierzone za pomocą dokładnych instrumentów zwanych magnetografami.
Zebrane dane wykorzystuje się do stworzenia modeli i symulacji, takich jak model Potential Field Source Surface (PFSS), pokazany na załączonym filmie. Dzięki niemu można dokładnie zilustrować jak pole magnetyczne faluje wokół Słońca.
Pełne zrozumienie pola magnetycznego Słońca - jak jest generowane i jak głęboko gwiazdy sięga - to cel heliofizyków na najbliższą dekadę. Informacje te są niezwykle cenne, bo zważywszy na około 11-letnie cykle aktywności słonecznej, to co dzieje się na naszej dziennej gwieździe ma realne przełożenie na życie na Ziemi.
- W maksimum słonecznym, pole magnetyczne ma bardzo skomplikowany kształt z dużą ilością małych struktur. Podczas minimum słonecznego, pole magnetyczne jest słabsze i skoncentrowane na biegunach. Ma wtedy gładką strukturę, która nie tworzy plam - podsumował Pessnell.
