„Slnečné erupcie môžu byť nebezpečné pre elektroniku,“ hovorí Karel Kudela z Oddelenia kozmickej fyziky ÚEF SAV v Košiciach.
Vieme, že Slnko funguje zhruba v jedenásťročných cykloch. Vieme aj, prečo?
„Slnečná aktivita je opisovaná viacerými spôsobmi. Jeden z nich je odvodený od počtu a skupín slnečných škvŕn (slnečná škvrna je tmavá oblasť s dočasne silnejším magnetickým poľom vo fotosfére s nižšou teplotou než okolie. To je zhruba 4000 K oproti typickej teplote fotosféry 5800 K. Má tiež rozlohu typicky od tisíc do päťdesiattisíc kilometrov.“
Čo to je tá fotosféra?
„Fotosféra je vrstva slnečného povrchu, z ktorej je pozorované svetlo vo viditeľnej oblasti.“
Ako dlho takto skúmame Slnko?
„Myšlienka opisu slnečnej aktivity pochádza od R. Wolfa, švajčiarskeho vedca. Wolfovo číslo je známe už 150 rokov. Má periodicitu približne 11 rokov, ale nie sú to hodiny. Cykly majú dĺžku v rozmedzí od 9.5 do 13 rokov a amplitúda má sekulárnu variabilitu - teda nie všetky cykly majú rovnako vysoké maximá. V minulosti boli aj dlhé obdobia s minimálnou slnečnou aktivitou.“
Mení sa počet škvŕn
Čo sa vtedy na Slnku deje?
„Horúca plazma (elektricky vodivý plyn vysokej teploty) na Slnku cirkuluje. Plazma je prostredím s mnohými nestabilitami. Pri tom sú generované elektrické prúdy, a tie produkujú magnetické polia.
Premenlivé magnetické polia vytvárajú zasa elektrické prúdy, ktoré udržiavajú budenie elektriny podobne ako dynamo. Mechanická energia pohybujúcich sa nabitých častíc je premieňaná na energiu magnetických polí. Hustota energie magnetických lokálnych polí je však nižšia než je hustota energie plazmy a používa sa preto priblíženie „vmrazených siločiar“ (podľa Maxwellových rovníc by v prípade pohybu siločiar poľa v referenčnom systéme dokonale vodivej plazmy museli vzniknúť nekonečné vysoké elektrické prúdy– čo je fyzikálny „nezmysel“).
Pretože siločiary sa pohybujú spolu s tokom plazmy, sú magnetické polia deformované a premenlivé, a eventuálne sa môžu dostať aj do vonkajších oblastí slnečného povrchu, Vtedy vytvoria bipolárne slnečné škvrny. Takýto mechanizmus dynama však nevysvetľuje ako magnetické polia vznikajú, skôr ukazuje možnosti ich zosilnenia a udržania.“
To znamená čo?
„V priebehu cyklu sa výskyt slnečných škvŕn mení. A to jednak do počtu, ale aj vzhľadom na heliografickú šírku. Na začiatku cyklu sa škvrny vyskytujú najmä na stredných heliografických šírkach, neskôr smerujú k heliografickému rovníku – v tom období cyklus končí.
Dynamo vyvolané diferenciálnou rotáciou Slnka - plazmy s mnohými nestabilitami a prúdovými systémami, ktoré menia lokálne magnetické pole - a tiež konvekcia môžu udržiavať slnečný cyklus. „
Skúste to vysvetliť.
„Veľmi zjednodušene: v dobe minima si možno veľmi nahrubo predstaviť siločiary magnetického poľa Slnka ako dipólové alebo poloidálne. S postupom času vysoko vodivý rotujúci materiál (plazma) prenáša magnetické pole a zatáča ho – rovníkové oblasti rotujú rýchlejšie než polárne, pole (siločiary) sa naťahuje a deformuje do toroidálneho tvaru.
Pole sa tak navíja ako slučka. Magnetické pole preniká do fotosféry, vytvára magnetické slučky a vznikajú bipolárne škvrny v dvoch pásoch v opačných hemisférach. Keď cyklus postupuje, vnútorné pole sa zatáča stále tesnejšie kĺzavým spôsobom diferenciálnej rotácie, a pritom dva pásy nových aktívnych oblastí sa postupne posúvajú k rovníku a navzájom sa rušia alebo neutralizujú. (W. Babcock, Astrophys. J., 133, 572, 1961, Lang: Sun, Earth and Sky, Springer 2006).
A vieme teda, prečo to trvá jedenásť rokov?
„Na priamu otázku „prečo 11 ročný cyklus“, neviem podať jasnú a jednoznačnú odpoveď.“
Čo je slnečná erupcia?
Čo teda znamená, že slnečné maximum nastane v roku 2013?
„V období maxima slnečného cyklu je viacej plazmových porúch na slnečnom povrchu, ktoré ovplyvňujú aj geomagnetické pole cez výron koronálnej plazmy s podstatne inými charakteristikami – magnetickým poľom, koncentráciou, teplotou a rýchlosťou plazmového útvaru – než má pokojná plazma slnečného vetra.“
A to je nebezpečné?
„Ak sa šíri k Zemi a má južnú komponentu magnetického poľa, spôsobí geomagnetickú búrku. V období slnečného maxima je tiež zvýšená pravdepodobnosť výskytu slnečných erupcií. Sú to krátkodobé javy, rádovo tisíc sekúnd, kedy sa z povrchu Slnka uvoľní energia okolo 10 25 J, a to zhruba polovica vo forme plazmového oblaku, štvrtina vo forme fotónov a štvrtina vo forme urýchlených korpuskulárnych elektricky nabitých častíc.
Toto je jeden z typov efektov označovaných ako javy kozmického počasia. V období slnečného maxima sú pravdepodobnejšie aj geomagnetické búrky s následkami pre družicové, letecké aj pozemné technológie. Podľa niektorých prác ovplyvňujú aj zdravie ľudí.“
Poznáme mechanizmus, ako dochádza k slnečným erupciám?
„Slnečné erupcie sú pozorované nad slnečnými škvrnami v aktívnych oblastiach a sú najpravdepodobnejšie „budené“ energiou silných magnetických polí, ktorá sa kumuluje v dolnej slnečnej koróne v aktívnych oblastiach, a je v určitej situácii náhle uvoľnená podobne ako záblesk a úder blesku z búrkových oblakov.“
Sú všetky rovnaké?
„Erupcie sa prípad od prípadu líšia: nielen v celkovej uvoľnenej energii, ale aj jej rozložením a následkami v medziplanetárnom prostredí a na Zem. Dnes jestvuje viacero hypotéz, ktoré opisujú urýchľovanie častíc v slnečných erupciách. Zaujímavým môže byť to, že aj keď už v roku 1951 Bierman s kolegami predpovedal, že aj neutróny od slnečných erupcií sa môžu v niektorých prípadoch pozorovať na orbite Zeme, až po 30 rokoch, v erupcii z 3. júna 1982 boli slnečné neutróny zaznamenané súčasne po prvýkrát na povrchu Zeme, a to na stanici Jungfraujoch v Alpách a na našom neutrónovom monitori na Lomnickom štíte.
Slnečné neutróny sú produktmi jadrových interakcií protónov urýchlených v slnečnej erupcii so zvyškovou atmosférou Slnka. Časť z nich (vysokoenergetická) môže bez rozpadu dôjsť k Zemi. To bolo pred 30 rokmi potvrdené aj našim meraním.“
Môže spôsobiť Slnko naozaj vážne problémy?
„Otázka vlastne znie, či slnečná erupcia, v ktorej sú urýchľované protóny do veľmi vysokých energií - takých, pri ktorých sa dostanú na zemskú orbitu, preniknú zemským magnetickýcm poľom a dopadnú do atmosféry Zeme - môžu spôsobiť problémy.“
A teda môžu?
„Môžu. Ide hlavne o takzvané GLE prípady (Ground Level Events). Doteraz ich bolo pozorovaných sedemdesiat. Číslo 1 má prípad z konca februára 1942, kedy počas 2. svetovej vojny americkí vojaci spozorovali výpadok spojenia na krátkych vlnách. Súčasne bol zaznamenaný vzrast intenzity kozmického žiarenia.
To vzbudilo pozornosť a stimulovalo výskum slnečného kozmického žiarenia, teda častíc urýchlených na slnečnom povrchu do veľmi vysokých energií. Takéto efekty sú zaznamenané aj našim (ÚEF SAV Košice) neutrónovým monitorom na Lomnickom štíte. Doteraz posledný GLE (sedemdesiaty) bol zaregistrovaný 13. decembra 2006 aj na Lomnickom štíte.“
Ako sú nebezpečné?
„Nebezpečné, hlavne pre družice, ale aj pre šírenie rádiových vĺn a navigáciu sú sprievodné zmeny od slnečných erupcií s vysokoenergetickými časticami a röntgenovým žiarením – tie môžu vyvolať zmeny v ionosfére, tiež zvýšiť dávku ožiarenia pre posádky lietadiel na vysokých šírkach a vyšších výškach, vyvolať poruchy elektroniky na družiciach či lietadlách.“
