Ο Ήλιος είναι (;) ένας γιγαντιαίος μαγνήτης

Πριν λίγα χρόνια το αμερικανικό Εθνικό Ηλιακό Παρατηρητήριο (National Solar Observatory, NSO), που λειτουργεί μερικά από τα μεγαλύτερα ηλιακά τηλεσκόπια στον κόσμο, όπως το Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), κυκλοφόρησε ένα αυτοκόλλητο με το σύνθημα ‘The Sun is a giant magnet’ (Εικόνα 1). Στο άρθρο αυτό εξετάζουμε κατά πόσο ισχύει αυτό. Είναι ο Ήλιος ένας γιγαντιαίος μαγνήτης;

Ας ξεκινήσουμε από τα βασικά. Έχει ο Ήλιος μαγνητικό πεδίο; Η απάντηση είναι πως έχει, όπως και πολλά άλλα ουράνια σώματα. Είναι ισχυρό ή ασθενές το μαγνητικό του πεδίο; Μονολεκτικά θα λέγαμε ισχυρό, αλλά η αλήθεια είναι πως εξαρτάται από την περιοχή και από την εποχή. Σε περιοχές του ήρεμου Ήλιου η ένταση του μαγνητικού πεδίου έχει τυπικές τιμές 50 Gauss. Στις ηλιακές κηλίδες όμως, το μαγνητικό πεδίο είναι πολύ πιο ισχυρό και μπορεί να φτάσει τα 3000 Gauss, ή και περισσότερο. Ενδεικτικά, το μαγνητικό πεδίο της Γης είναι 0.5 Gauss, δηλαδή 100 φορές μικρότερο από του ήρεμου Ήλιου και 6000 φορές μικρότερο απ’ ότι σε μία κηλίδα. Να τονίσουμε εδώ ότι οι κηλίδες, όπως και όλες οι δομές στον Ήλιο, δεν είναι στατικές αλλά μεταβάλλονται με το χρόνο (Εικόνα 2).

Ωραία. Και τι μορφή έχει το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου; Είναι όπως σε ένα συνηθισμένο μαγνήτη, δηλαδή διπολικό; Η απάντηση εδώ είναι ξεκάθαρα όχι. Μπορεί ο Ήλιος να έχει μαγνητικούς πόλους, αλλά σε αυτό το δίπολο πρέπει να προστεθούν τα μικρότερης κλίμακας ισχυρά μαγνητικά πεδία των κηλίδων και των υπόλοιπων δομών του, που μπορεί να είναι από απλά έως πολύ σύνθετα (Εικόνα 3).

Μάλιστα. Ας υποθέσουμε όμως ότι βρισκόμαστε σε περίοδο όπου η ηλιακή δραστηριότητα είναι ελάχιστη και δεν υπάρχουν καθόλου κηλίδες, οπότε το ηλιακό μαγνητικό πεδίο είναι σε καλή προσέγγιση διπολικό. Μπορούμε να πούμε ότι ο Ήλιος είναι ένας μαγνήτης τότε; Για να απαντήσουμε, ας δούμε από πού προέρχεται το μαγνητικό του πεδίο. Ο Ήλιος αποτελείται από πλάσμα – θερμό, ιονισμένο αέριο που αποτελείται από θετικά ιόντα και αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια – στο οποίο αναπτύσσονται ισχυρά ηλεκτρικά ρεύματα λόγω της κίνησης του πλάσματος αλλά και της περιστροφής του Ήλιου. Αυτά τα ρεύματα είναι που παράγουν το μαγνητικό πεδίο, το οποίο με τη σειρά του επηρεάζει τις κινήσεις του ιονισμένου αερίου. Πρόκειται δηλαδή για ένα μη γραμμικό μαγνητοϋδροδυναμικό σύστημα και όχι για ένα απλό μαγνητικό υλικό.

Ποια είναι λοιπόν η απάντηση στο κεντρικό ερώτημα του άρθρου; Ναι, ο Ήλιος έχει κατά καιρούς περιοχές με πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Η μορφή όμως του μαγνητικού του πεδίου εμφανίζει μεγάλες μεταβολές στο χώρο και στον χρόνο και σίγουρα δεν είναι αυτή ενός απλού διπόλου. Άρα, ο Ήλιος είναι ένας γιγαντιαίος μεν, αλλά σε καμιά περίπτωση τυπικός μαγνήτης, ούτε μορφολογικά, ούτε ουσιαστικά.