A rejtélyes napciklusra fény derül

Csillagvizsgáló Svábhegyi

A nap aktivitása körülbelül 11 éves ritmussal változik, mely többek között a napfoltok számának változásán is nyomon követhető. Egy teljes mágneses periódus 22 évig tart, aminek oka régóta foglalkoztatja a kutatókat. Valószínűleg köze kell, hogy legyen a csillagunk felszín alatti tartományához: A napfelszín alatti 200.000 km mélységig lenyúló terület a Nap konvektív, vagy áramlási zónája. Ezen konvektív zónán belül a forró plazma (elektromosan vezető gáz) folyamatosan mozgásban van, felfelé és lefelé áramlik. A Max Planck Institute napkutató csoportjának munkatársai a University of Göttingen, valamint a New York University Abu Dhabi kutatóival közösen készítették el az eddigi legrészletesebb térképet a plazma észak-déli irányú áramlásáról. A gyors és jól ismert felfelé-lefelé mozgás mellett ugyanis a plazma az egyenlítő és a sarkok között lassan észak-dél irányba is áramlik.

Eredményeik egy roppant egyszerű áramlási geometriát festenek le, miszerint a plazma körülbelül 22 év alatt egyszer fordul körbe mindkét féltekén. Sőt, az egyenlítő irányába történő, a konvekciós zóna alján zajló áramlás miatt a napfoltok egyre közelebb és közelebb alakulnak ki az egyenlítőhöz a napciklus során.

A Nap belsejében levő ionizált gáz a felszínhez közel a pólusok felé, 200 000 km mélyen, a konvekciós zóna alján pedig az egyenlítő felé áramlik. (© MPS / Z.-C. Liang )

A látható napfelszínen előforduló napfoltok száma folyamatosan változik – olykor kevés, olykor sok van belőlük. Két napfolt-maximum között körülbelül 11 év telik el. Az új ciklus kezdetén a foltcsoportok mágneses polaritása felcserélődik, 22 év után pedig a napfoltok mágneses polarizáltsága ismét azonos lesz. A napfoltmaximum során nem csak nagy napfoltok, de aktív régiók is megjelennek, ahol különösen erős a mágneses tér (röntgen és UV felvételeken fényes területekként látszanak). Ezen kívül a Nap légkörébe messzire kinyúló, roppant látványos plazmaívek, naphurkok alakulnak ki, melyekből napkitörések, hatalmas koronaanyag kidobódások is létrejöhetnek. A napaktivitás minimumának idején viszont a Nap látványosan lenyugszik.

Egy napciklus során a meridionális (észak-déli) áramlás egyfajta futószalagként viselkedik, magával húzva a mágneses erővonalakat és beállítva a napciklus periódusát. A Nap mágneses tere roppant bonyolult, pontos megismeréséhez elengedhetetlen a Nap belsejében zajló áramlások geometriájának és amplitudójának megismerése. A Nap felszíne alatt zajló áramlásokat helioszeizmológiával térképezték fel.

A helioszeizmológia a Nap szeizmológiája. A kutatók hanghullámokkal fedezik fel a Nap belsejét, éppen úgy, ahogyan a földrengések a mi bolygónk belső szerkezetéről mesélnek a geofizikusoknak (szeizmológia). A Nap hanghullámainak periódusa közel 5 perc, a felszínközeli konvekció pedig folyamatosan gerjeszti őket. A hullámokhoz köthető napfelszíni mozgásokat űrszondákkal, vagy földi teleszkópokkal is meg lehet figyelni.

A Nap meridionális áramlásait helioszeizmológiai mérésekkel vizsgálták. Ezek az áramlatok irányítják a globális mágneses tér fejlődését, valamint a napfoltok számát is. (© MPS / Z.-C. Liang )

Ebben a tanulmányban olyan felszíni hanghullámokat figyeltek meg, melyek a Nap belsejében észak-déli irányba közlekednek. Mozgásukat a meridionális áramlás kismértékben variálja (perturbálja), azaz gyorsabban haladnak az áramlás irányában, mint az ellenkező irányban. Ezeket a roppant apró változásokat (kisebb, mint 1 mp a különbség) megmérték és matematikai számítógépes modellek segítségével meghatározták belőle a meridionális áramlást. Mivel nagyon lassú, a meridionális áramlást elképesztően nehéz észrevenni a Nap belsejében. Ez az áramlás jóval lassabb a Napon megfigyelhető más mozgásoknál, mint például a differenciális rotációnál (a Nap az egyenlítő környékén gyorsabban forog, mint a sarkvidékeken). A konvektív zónán áthaladó meridionális áramlás sebessége nem haladja meg a felszíni maximális 50 km/h sebességet.

A kutatók két, egymástól független, roppant hosszú idejű adatsort értékeltek ki. Ahhoz ugyanis, hogy a helioszeizmológiai mérések zaját csökkenteni lehessen, a méréseket roppant hosszú időskálákon kell kiátlagolni. Az egyik az ESA és a NASA legidősebb napmegfigyelő obszervatóriumának, a SOHO 1996 és 2011 közötti méréseinek adataiból, míg a másik a Global Oscillation Network Group (GONG) 1995 óta gyűjtött, folyamatos eredményeiből származik. A GONG 6 db földi távcsőből álló hálózat, melynek tagjai az USA, Ausztrália, India, Spanyolország és Chile területén helyezkednek el, így szinte folyamatos tudnak mérni.

A napfoltok elhelyezkedését bemutató Pillangó-diagram, mely nevét a napciklus előrehaladtával az egyenlítő felé tolódó napfoltok miatt kialakuló, jellegzetes lepkeszárnyszerű formájáról kapta. (© solarscience.msfc.nasa.gov)

Gizon és munkatársainak új eredményei szerint az áramlás a konvektív zóna alján egyenlítői irányú, sebessége pedig mindössze 15 km/h. A napfelszíni áramlás a sarkvidékek felé történik, ahol akár 50 km/h sebességet is elérhet. A teljes képet úgy kell elképzelnünk, hogy a plazma egyetlen hatalmas kört jár le mindkét féltekében – ami pedig a legizgalmasabb eredmény, hogy ennek megtételéhez pontosan 22 évre van szükség, ami megmagyarázza a Nap 11 éves ciklusát.

A napciklus előrehaladtával a napfoltok egyre közelebb jelennek meg az egyenlítőhöz, mely a látványos pillangó-diagramokon is látható. A tanulmány eredményei erre is magyarázatot adnak, miszerint a napfoltok sodródását a háttérben zajló meridionális áramlások okozzák. Azt, hogy vajon a meridionális áramlás miért így zajlik, egyelőre nem tisztázott, illetve nyitott kérdés marad még az is, vajon más csillagok mágneses aktivitását hogyan befolyásolhatják.

Forrás: MPG

Szerző: Pál Bernadett, Tudományos segédmunkatárs / Bemutató csillagász
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló