Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Tajemnicze wzorce promieniowania gamma ze Słońca

Recommended Posts

Naukowcy od wieków badają 11-letni cykl słoneczny, ale dopiero od kilkudziesięciu lat zaczynamy go rozumieć. Wiemy, że w czasie słonecznego maksimum nasza gwiazda bombarduje Ziemię olbrzymią ilością naładowanych cząstek, które zakłócają pracę satelitów i sieci energetycznych.

Cykl słoneczny ma też pewien wpływ na klimat, gdyż różnice w irradiancji mogą powodować drobne zmiany w średniej temperaturze powierzchni oceanów i wpływać na wzorce opadów. Mimo wielu lat badań wciąż nie powstał model, który pozwoliłby dokładnie przewidzieć główne cechy każdego cyklu, takie jak długość jego trwania i siłę każdej z faz. Cykl słoneczny jest zjawiskiem tak stabilnym i widocznym, że musi być coś, co przeoczyliśmy, uważa Ofer Cohen, zajmujący się fizyką Słońca na University of Massachusetts. Jego zdaniem, jedną z przeszkód, dla których trudno zrozumieć ten cykl jest fakt, iż prawdopodobnie wpływ nań ma pole magnetyczne naszej gwiazdy, a ono jest przed nami ukryte. To może się jednak zmienić.

Tim Linden i jego zespół z Ohio State University zmapowali przepływ wysoko energetycznych cząstek na powierzchni Słońca i znaleźli potencjalny związek pomiędzy ich emisją, zmianami pola magnetycznego gwiazdy a cyklami.

W swoich najnowszych badaniach, które czekają na publikację w Physical Review Letters, naukowcy przeanalizowali dane z Fermi Gamma-ray Space Telescope. Ze zdumieniem zauważyli, że najbardziej intensywna emisja promieniowania gamma ze Słońca wydaje się skorelowana z najspokojniejszym okresem cyklu. Podczas ostatniego minimum słonecznego, z lat 2008-2009 Fermi odkrył osiem epizodów wysokoenergetycznego promieniowania gamma. Energia każdego z nich przekraczała 100 gigaelektronowoltów. Jednak przez kolejnych osiem lat, gdy Słońce wychodziło z minimum i zbliżało się do maksimum, nie zarejestrowano żadnych wysokoenergetycznych promieni gamma. Linden uważa, że jest mało prawdopodobne, by był to przypadek. Jego zdaniem zjawisko to ma ma związek z cyklem słonecznym, jednak jego mechanizm pozostaje tajemnicą.

Zespół Lindena spekuluje, że promienie gamma są emitowane przez Słońce gdy potężne promienie kosmiczne uderzają w powierzchnię naszej gwiazdy. Kiedy promieniowanie kosmiczne trafia na cząstkę w atmosferze Słońca, pojawia się cała grupa innych cząstek i dochodzi do promieniowania, w tym promieniowania gamma. Zwykle promieniowanie takie powinno być całkowicie pochłonięte przez Słońce. Jednak część tego promieniowania może zostać odbita przez silne fluktuacje pola magnetycznego i promieniowanie gamma wydostaje się poza gwiazdę.

Jeśli hipoteza Lindena jest prawdziwa, to nic dziwnego, że promieniowanie gamma jest skojarzone z minimum słonecznym. Jak zauważa astronom Randy Jokipii z University of Arizona, w czasie minimum słonecznego z gwiazdy wydostaje się mniej naładowanych cząstek, które chronią cały Układ Słoneczny przed promieniowaniem kosmicznym. Gdy jest ich mniej, więcej promieniowania kosmicznego trafia do Układu, w tym do samego Słońca. Zwiększona liczba promieniowania padająca na naszą gwiazdę powinna zatem skutkować większą emisją promieniowania gamma.

To jednak nie koniec zaskakujących odkryć. Zespół Lindena zauważył, że w czasie minimum słonecznego większość promieniowania gamma o energii większej niż 50 GeV pochodzi z okolic równika, ale w innych okresach cyklu słonecznego promieniowanie to pochodzi z biegunów. To oznacza, że podczas minimum emisja promieniowania gamma jest najbardziej intensywne na równiku, a podczas maksimum – na biegunach. Przyczyna tej zmiany pozostaje nieznana. Próbowałem wyobrazić sobie, jaki mechanizm może to powodować i, a to jeden z nielicznych przypadków w moim życiu zawodowym, nie znalazłem żadnego możliwego wytłumaczenia, stwierdza Jokipii. Z kolei Ofer Cohen zauważa, że podobnemu procesowi przesuwania się od równika ku biegunom podlegają plamy słoneczne. Brak jednak wyjaśnienia tego mechanizmu.

Widoczne są jednak także inne korelacje. Wspomnianych 8 epizodów wysokoenergetycznego promieniowania gamma miało miejsce w ciągu jednego roku. Dwa epizody nastąpiły w odstępie kilku godzin on siebie, w tym samym czasie, w którym doszło do koronalnego wyrzutu masy. Linden, gdy to zauważył, jeszcze raz przyjrzał się danym z Fermi i znalazł kolejny epizod wysokoenergetycznego promieniowania gamma powiązany czasowo z koronalnym wyrzutem masy. Jednak, jak podkreśla, sześć innych epizodów promieniowania nie było powiązanych z wyrzutem masy. Z kolei najwięcej koronalnych wyrzutów masy ma miejsce podczas maksimum słonecznego.

Naukowcy mają nadzieję, że dalsze badania nad emisją promieniowania gamma ze Słońca pozwolą na powiązanie tego zjawiska z polem magnetycznym, przez co umożliwią jego badanie i wyjaśnienie fenomenu cykli słonecznych.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W piątek rano, 29 maja, na Słońcu doszło do najsilniejszego rozbłysku od października 2017 roku. Naukowcy klasyfikują rozbłyski słoneczne do trzech kategorii: C, M oraz X. Każda z nich oznacza rozbłysk 10-krotnie silniejszy od kategorii niższej. Wydarzenie z piątku należało do kategorii M. Być może oznacza ono, że Słońce wychodzi z cyklicznego minimum swojej aktywności.
      Jeśli rzeczywiście Słońce się budzi, to obserwujemy właśnie początek końca 24. Cyklu Słonecznego. Naukowcy liczą rozpoczęcie nowego cyklu od minium cyklu poprzedniego. Minimum zaś jest tym okresem, w którym na Słońcu pojawia się najmniej plam. Zatem o tym, że mieliśy do czynienia z minimum dowiadujemy się wówczas, gdy ono minęło. "Minie co najmniej sześć miesięcy, w czasie których będziemy obserwowali Słońce i liczyli plamy, zanim będziemy wiedzieli, kiedy miało miejsce minimum", napisali naukowcy z NASA, którzy pracują przy Sun Dynamics Observatory. To właśnie ono wykryło rozbłysk.
      "Jako, że minimum definiowane jest najmniejszą liczba plam w cyklu, musimy zaobserwować stały wzrost liczby plam, zanim stwierdzimy, kiedy było ich najmniej. To zaś oznacza, że słoneczne minimum jesteśmy w stanie rozpoznać 6 do 12 miesięcy po tym, gdy ono minęło", dodają uczeni.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Słońce wydaje się znacznie mniej aktywne niż inne podobne mu gwiazdy. Do takich zaskakujących wniosków doszedł międzynarodowy zespół astronomów, który przeanalizował dane z Teleskopu Kosmicznego Keplera. Odkrycie, dokonane przez grupę kierowaną przez Timo Reinholda z Instytutu Badań Układu Słonecznego im. Maxa Plancka, pozwoli na lepsze zrozumienie ewolucji naszej gwiazdy.
      Ludzkość od wieków obserwuje Słońce i od dawna wiemy, że znaczących zmianach liczby plam na nim występujących. Wiemy też, że im więcej plam, tym większa aktywność gwiazdy i tym silniejsze gwałtowne wydarzenia, jak wyrzuty masy. Specjaliści spodziewali się, że inne gwiazdy podobne do Słońca zachowują się w podobny sposób na tym samym etapie życia.
      Nie jesteśmy w stanie obserwować plam na innych gwiazdach, jednak przemieszczanie się plam na powierzchni gwiazd powoduje zmiany ich jasności. Dzięki temu możemy obserwować aktywność magnetyczną odległych gwiazd. Zespół Reinholda postanowił wykorzystać te dane do porównania aktywności Słońca z innymi podobnymi mu gwiazdami.
      Teleskop Kosmiczny Keplera badał i rejestrował zmiany w jasności 150 000 gwiazd. W tym samym czasie sonda Gaia obserwowała gwiazdy i określała ich pozycję oraz ruch we wszechświecie. Teraz uczeni przeanalizowali te dane i na ich podstawie zidentyfikowali 369 gwiazd o temperaturze, masie, wieku, składzie chemicznymi i prędkości obrotowej podobnych do Słońca. Okazało się, że – wbrew oczekiwaniom – większość tych gwiazd jest znacznie bardziej aktywnych od Słońca. Średnia wartość zmian ich jasności była aż 5-krotnie większa niż zmiany jasności naszej gwiazdy.
      Naukowcy proponują dwa możliwe wyjaśnienia tak wielkiej różnicy. Jedno z nich zakłada, że zmiany jasności niektórych gwiazd podobnych do Słońca są tak niewielkie, iż Kepler ich nie zauważył, co sztucznie zwiększyło średnią dla całej grupy. Drugie wyjaśnienie brzmi, że mamy tu do czynienia z prawdziwymi średnimi zmianami jasności, a to sugeruje, że w przeszłości Słońce również przechodziło okres tak dużej aktywności. To drugie przypuszczenie jest zgodne z wcześniejszymi badaniami, które wskazywały, że gwiazdy z ciągu głównego, gdy zbliżają się do połowy okresu swojego istnienia, znacznie zmniejszają swoją aktywność utrzymując wcześniejszą prędkość obrotową.
      Zespół Reinholda ma zamiar wyjaśnić te kwestie, wykorzystując w tym celu przyszłe pomiary, jakie będą dokonywane przez instrumenty TESS i PLATO.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańska Narodowa Fundacja Nauki (NSF) chwali się najbardziej szczegółowymi zdjęciami Słońca, jakie kiedykolwiek udało się wykonać. Fotografie to dzieło nowego instrumentu badawczego Daniel K. Inouye Solar Telescope, który właśnie rozpoczął pracę. To największy na Ziemi teleskop wyspecjalizowany w badaniu Słońca. Apertura jego lustra wynosi imponujące 424 centymetry. To aż dwuipółkrotnie więcej niż drugiego największego Goode Solar Telescope.
      Inouye Solar Telescope stoi na szczycie Haleakala na Hawajach. Pierwsze wykonane przezeń zdjęcia pokazują powierzchnię naszej gwiazdy w niespotykanej dotychczas rozdzielności. Widzimy na nich, że Słońce pokryte jest „ziarnami” obszarów gotującej się plazmy. Taki wzorzec pokrywa całą jego powierzchnię. Na fotografii widzimy ciasno ułożone „komórki” – każda z nich ma powierzchnię dwukrotnie większą od powierzchni Polski – które są dowodem na intensywny transport ciepła z wnętrza gwiazdy ku jej powierzchni. Gorąca plazma wypływa na powierzchnię, schładza się i ponownie zanurza wgłąb Słońca. Do zanurzania się dochodzi w miejscach widocznych ciemnych linii. Cały ten proces zwany jest konwekcją.
      Od kiedy NSF zaczęła budować ten teleskop, z niecierpliwością czekaliśmy na pierwsze obrazy. Teraz możemy pokazać zdjęcia i materiały wideo. To najbardziej szczegółowe obrazy naszego Słońca w historii. Inouye Solar Telescope stworzy mapę pól magnetycznych korony słonecznej, miejsca, w którym zachodzą procesy mające wpływ na życie na Ziemi. Polepszy on nasze rozumienie pogody kosmicznej i pomoże lepiej przewidywać burze na Słońcu, stwierdził France Cordova, dyrektor NSF.
      W każdej sekundzie Słońce spala około 5 milionów ton paliwa. Minimalna część energii z tego procesu trafia na Ziemię. W latach 50. ubiegłego wieku naukowcy zauważyli, że od naszej gwiazdy wieje wiatr słoneczny. Stwierdzili również, że żyjemy wewnątrz atmosfery Słońca. Jednak o zjawiskach w niej zachodzących wciąż niewiele wiemy.
      Jeśli chodzi o atmosferę ziemską, to jesteśmy w stanie z dużym prawdopodobieństwem przewidzieć, czy i gdzie będzie padało. W odniesieniu do pogody kosmicznej takich umiejętności nie mamy. Nasze możliwości przewidywania pogody kosmicznej są o co najmniej 50 lat opóźnione w stosunku do umiejętności przewidywania pogody na Ziemi. Musimy zrozumieć zjawiska fizyczne stanowiące podstawę pogody kosmicznej, a ta zaczyna się na Słońcu. Teleskop Słoneczny Inouye będzie je badał przez następne dekady, dodaje Matt Mountain, prezydent Association of Universities for Research in Astronomy, które zarządza teleskopem.
      Daniel K. Inouye Solar Telescope to imponujące urządzenie. Już samo kierowanie 4-metrowego lustra w stronę Słońca wiąże się z dostarczeniem doń olbrzymiej ilości ciepła, które trzeba w jakiś sposób usunąć. Teleskop korzysta ze specjalnego systemu chłodzącego, na który składa się ponad 11 kilometrów rur z chłodziwem, od którego część ciepła jest odbierana przez lód, tworzący się na szczycie w ciągu nocy.
      Kopuła nad teleskopem została wykonana z cienkich chłodzących płyt stabilizujących temperaturę wokół teleskopu, a specjalny system osłon pozawala na regulowanie przepływu powietrza i zapewnia cień. Specjalny wysoko zaawansowany zespół chłodzący składający się z metali i chłodziwa otacza główne lustro, blokując większość zbieranej przez nie energii. Teleskop wykorzystuje też zaawansowane układy optyczne kompensujące zakłócenia wywoływane obecnością ziemskiej atmosfery.
      Prace nad teleskopem rozpoczęły się ponad 20 lat temu. Jego budowa ruszyła w styczniu 2013 roku, a we wrześniu gotowy był już budynek teleskopu. W sierpniu 2017 na miejsce dostarczono główne lustro. W 2019 roku urządzenie zostało testowo uruchomione, a w styczniu 2020 rozpoczęło pracę i dostarczyło wyjątkowe zdjęcia.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Satelita Solar Dynamics Observatory (SDO) zaobserwował na Słońcu nowy rodzaj erupcji magnetycznej. Najpierw doszło do wyrzucenia z powierzchni Słońca plazmy, która po zatoczeniu łuku zaczęła opadać na powierzchnię naszej gwiazdy. Zanim jednak tam dotarła, wpadła w plątaninę linii pola magnetycznego i wywołała kolejną eksplozję. Naukowcy mówią o wymuszonej rekoneksji magnetycznej.
      Na Słońcu już wcześniej obserwowano spontaniczne rekoneksje magnetyczne i wywołane nimi wyrzuty plazmy. Nigdy wcześniej nie obserwowano jednak, by jedna eksplozja była wywołana drugą.
      To pierwsza obserwacja zewnętrznej rekoneksji magnetycznej zachodzącej pod wpływem czynnika zewnętrznego. Może być to bardzo użyteczne dla zrozumienia innych systemów, takich jak magnetosfera Ziemi i innych planet, innych namagnetyzowanych źródeł plazmy, w tym eksperymentów w laboratorium, gdzie plazmę trudno jest kontrolować, mówi Abhishek Srivastava z Indyjskiego Instytutu Technologicznego w Indiach.
      Spontaniczną rekoneksję magnetyczną obserwowano już zarówno na Słońcu jak i wokół Ziemi. Przed 15 laty pojawiła się teoria mówiąca, że może zachodzić też zjawisko wymuszonej rekoneksji magnetycznej.
      Nowy rodzaj eksplozji był ukryty w danych sprzed lat. Analiza danych zebranych przez SDO wykazała, że do wymuszonej rekoneksji magnetycznej doszło 3 maja 2012 roku.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside przeprowadził obliczenia, z których wynika, że bąble wypełnione gazem zawierającym pozytonium są stabilne w ciekłym helu. Obliczenia przybliżają nas do powstania lasera emitującego promieniowanie gamma, który może mieć zastosowanie w obrazowaniu medycznym, napędzie kosmicznym i leczeniu nowotworów.
      Pozytonium to układ złożony z elektronu (e-) i jego antycząstki pozytonu (e+) krążących wokół wspólnego środka masy. Jego średni czas życia wynosi około 142 ns, a następnie pozyton i elektron ulegają anihilacji, podczas której emitowane jest promieniowanie gamma.
      Do stworzenia lasera gamma potrzebujemy pozytonium w stanie zwanym kondensatem Bosego-Einsteina. Z moich obliczeń wynika, że zanurzone w ciekłym helu bąble składające się z milionów pozytonium miałyby gęstość sześciokrotnie większą od powietrza i tworzyłyby kondensat Bosego-Einsteina, mówi autor badań, Allen Mills z Wydziału Fizyki i Astronomii. Praca Millsa ukazał się właśnie w Physical Review A.
      Hel, drugi najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie, przybiera formę ciekłą jedynie w bardzo niskich temperaturach. Hel ma ujemne powinowactwo do pozytonium, więc w ciekłym helu powstają bąble, gdyż hel odpycha pozytonium.
      Mills, który stoi na czele Positron Laboratory w UC Riverside poinformował, że jego laboratorium rozpoczęło konfigurację swoich urządzeń tak, by uzyskać stabilne bąble pozytonium w ciekłym helu. Mogą one służyć jako źródło zbudowanego z pozytonium kondensatu Bosego-Einsteina. Chcemy w najbliższym czasie przeprowadzić eksperymenty z tunelowaniem pozytonium przez grafenową membranę, która nie przepuszcza zwykłych atomów, w tym atomów helu, oraz stworzenie lasera działającego dzięki pozytonium. Laser taki mógłby znaleźć zastosowanie w informatyce kwantowej, mówi Mills.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...