Εκρηκτικά φαινόμενα στον ήλιο και στεμματικές εκτοξεύσεις μάζας

Εκρηκτικά φαινόμενα στον ήλιο και στεμματικές εκτοξεύσεις μάζας

Ο Ήλιος εκτοξεύει βίαια μια φούσκα καυτού πλάσματος σε μια πολύ μεγάλη στεμματική εκτόξευση μάζας (CME), πάνω δεξιά. Η εικόνα τραβήχτηκε με ένα στεμματογράφο. Ο κόκκινος δίσκος στο κέντρο είναι μέρος του οργάνου. Ο λευκός κύκλος δείχνει το μέγεθος και τη θέση του δίσκου του Ήλιου. Η εικόνα λήφθηκε από το δορυφόρο SOHO, 2 Δεκεμβρίου 2002.
Credits: SOHO / ESA / NASA

Οι στεμματικές εκτοξεύσεις μάζας (coronal mass ejections – CMEs) απελευθερώνουν βίαια μεγάλες ποσότητες ύλης από τον Ήλιο στο διαστημικό χώρο. Το εξερχόμενο υλικό είναι ένα μαγνητισμένο πλάσμα που αποτελείται κυρίως από ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Πως δημιουργούνται όμως αυτές οι βίαιες εκρήξεις στον Ήλιο;

Το πλάσμα στην ηλιακή ατμόσφαιρα μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ρευστό το οποίο κινείται μέσα στο μαγνητικό πεδίο του Ήλιου. Τα κινούμενα ρευστά περιγράφονται από τον κλάδο της ρευστομηχανικής. Στην περίπτωση μαγνητισμένων ρευστών περιγράφονται στο πλαίσιο της μαγνητοϋδροδυναμικής. Στη μαγνητοϋδροδυναμική, η ξαφνική αναδιάταξη των μαγνητικών δυναμικών γραμμών, και συγκεκριμένα όταν έρχονται σε επαφή δύο αντίθετα κατευθυνόμενα μαγνητικά πεδία, ονομάζεται «μαγνητική επανασύνδεση». Η επανασύνδεση μπορεί να απελευθερώσει τεράστιες ποσότητες ενέργειας που είναι αποθηκευμένη στα αρχικά μαγνητικά πεδία. Στο φαινόμενο της μαγνητικής επανασύνδεσης εικάζεται πως οφείλεται η δημιουργία των CMEs.

Οι CMEs έχουν παρατηρηθεί κυρίως πάνω από τις περιοχές του Ήλιου όπου υπάρχει συγκέντρωση πολύ ισχυρού μαγνητικού πεδίου, γνωστές σαν ενεργές περιοχές.

H εικόνα δείχνει μια CME που εκτοξεύεται από τον Ήλιο προς την κατεύθυνση της Γης. Το αριστερό τμήμα της εικόνας δημιουργήθηκε με την βοήθεια των οργανων ΕΙΤ και LASCO του SOHO. Δύο έως τέσσερις ημέρες αργότερα, η CME φαίνεται ότι εκτρέπεται κυρίως γύρω από τη μαγνητόσφαιρα της Γης. Οι μπλε γραμμές που προέρχονται από τους πόλους της Γης αντιπροσωπεύουν μερικές από τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Το μαγνητικό νέφος πλάσματος μπορεί να εκτείνεται σε 48 εκατομμύρια χιλιόμετρα πλάτος τη στιγμή που φτάνει στη Γη.
Credits: SOHO/LASCO/EIT (ESA & NASA)

Οι CMEs παρατηρούνται με στεμματογράφους οι οποίοι βρίσκονται προσαρτησμένοι στους δορυφόρους που παρατηρούν τον Ήλιο. Ένας στεμματογράφος είναι ένα όργανο το οποίο τεχνητά “μπλοκάρει” το φως από την επιφάνεια του Ήλιου και επιτρέπει την μελέτη του ηλιακού στέμματος. Ένα παράδειγμα είναι ο κορωνογράφος Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO) το οποίο είναι ένα από τα όργανα παρατήρησης του δορυφόρου της NASA, Solar and Heliospheric Observatory (SOHO). Το LASCO έχει χρησιμοποιηθεί πολλές φορές για παρατήρηση των CMEs.

Το πλάσμα που απελευθερώνεται σε μια CME ταξιδεύει προς τον διαπλανητικό χώρο με ταχύτητες που κυμαίνονται από περίπου 250 km/s έως και κοντά στα 3000 km/s. Οι γρηγορότερες CMEs που κατευθύνονται στη Γη μπορούν να φτάσουν στον πλανήτη μας σε μόλις 15-18 ώρες. Οι αργές CMEs ενδέχεται να χρειαστούν αρκετές ημέρες για να φτάσουν. 

Επίσης έχει παρατηρηθεί ότι διαστέλλονται καθώς διαδίδονται μακριά από τον Ήλιο και οι μεγαλύτερες CMEs μπορούν να φτάσουν σε μέγεθος που περιλαμβάνει σχεδόν το ένα τέταρτο του χώρου μεταξύ της Γης και του Ήλιου. Αν η απόσταση Γης-Ήλιου είναι 150.000.000 χλμ τότε οι CMEs μπορούν να φτάσουν σε μέγεθος γύρω στα 37.000.000 χλμ. Μπορούν όμως οι CMEs να επηρεάσουν την Γη;

Σχηματική απεικόνιση της μαγνητικής επανασύνδεσης κατά την διάρκεια μιας CME. Καθώς οι αντίθετης κατεύθυνσης δυναμικές γραμμές πλησιάζουν “επανασυνδέονται”, απελευθερώνοντας μεγάλες ποσότητες πλάσματος.

Όταν οι CMEs κατευθύνονται προς τη Γη το κρουστικό κύμα της κινούμενης μάζας προκαλεί μια γεωμαγνητική καταιγίδα που μπορεί να διαταράξει τη μαγνητόσφαιρα της Γης (δείτε εδώ). Τα ηλιακά ενεργητικά σωματίδια μπορούν να προκαλέσουν ιδιαίτερα ισχυρο σέλας σε μεγάλες περιοχές γύρω από τους μαγνητικούς πόλους της Γης. Αυτά είναι επίσης γνωστά ως Βόρειο Σέλας (aurora borealis) στο βόρειο ημισφαίριο, και Νότιο Σέλας (aurora australis) στο νότιο ημισφαίριο.

Οι CMEs μπορούν επίσης να διαταράξουν τις ραδιοφωνικές μεταδόσεις και να προκαλέσουν βλάβη στους δορυφόρους και στις εγκαταστάσεις ηλεκτρικής γραμμής μεταφοράς, με αποτέλεσμα δυνητικά μαζικές και μακροχρόνιες διακοπές ρεύματος. Μια από τις πιο γνωστές CMEs που επηρέασαν τη Γη  συνέβη το 1859 η οποία προκάλεσε μια σειρά προβλημάτων όπως για παράδειγμα την διαταραχή της λειτουργίας των τηλεγράφων (δείτε εδώ).

Τέλος, οι CMEs θα μπορούσαν να είναι δυνητικά επικίνδυνες και για τους ανθρώπους. Οι άνθρωποι σε μεγάλα υψόμετρα, όπως σε αεροπλάνα ή διαστημικούς σταθμούς, διατρέχουν μεγαλύτερο κίνδυνο έκθεσης σε σχετικά μεγάλο αριθμό πολύ ενεργειακών ηλιακών σωματιδίων. Η ενέργεια που απορροφάται από τους αστροναύτες θα μπορούσε να αποδειχθεί θανατηφόρα και να οδηγήσει σε μια σειρά πολύ σοβαρών ασθενειών. Οι CMEs μπορούν να επηρεάσουν τόσο την επίγεια τεχνολογία, καθώς και να προκαλέσουν βλάβες σε δορυφόρους.

Ακριβώς λοιπόν λόγω της επιρροής τους στην ανθρωπότητα, έχει αναπτυχθεί ένας νέος κλάδος που λέγεται Διαστημικός Καιρός (δείτε σχετικό άρθρο) και παγκοσμίως δραστηριοποιούνται σε αυτόν πολλοί ερευνητές. Υπάρχουν πολλά διεθνή και ευρωπαϊκά προγράμματα στα οποία ηγούνται και ελληνικές ομάδες, όπως για παράδειγμα το FLARECAST και το SafeSpace, με σημαντική συνεισφορά στην πρόγνωση του Διαστημικού Καιρού.

Εν κατακλείδι, ο δραστήριος Ήλιος αν και μπορεί να είναι επικίνδυνος για τους ανθρώπους ταυτόχρονα αποτελεί ένα από τα πιο ενδιαφέροντα αντικείμενα μελέτης.

Στο βίντεο φαίνεται μια τεράστια CME όπως παρατηρήθηκε στις 30 Σεπτεμβρίου του 2015 από τον στεμματογραφο LASCO του δορυφόρου SOHO.
Credits: NASA/ESA/SOHO

Πηγές:

Physics of the solar corona, Aschwanden M., 2005

Magnetohydrodynamics of the Sun, Priest E. 2014

Tags: Ηλιακό Στέμμα, Ήλιος, Στεμματική Εκρηξη Μάζας