Egy szokatlanul trópusi reggelen a San Francisco-öböl térségében a talaj hőhullámokkal csillogott, és lehetetlen az ég felé nézni anélkül, hogy reszketne. De az igazi hő a Palo Altóban található Lockheed Martin Solar és az asztrofizika laboratóriumában található. Ott, egy számítógépes processzorokkal felszerelt sötét szobában a nagyfelbontású nézet a Nap kilenc csatlakoztatott TV-képernyőn kitölti egy hét láb széles, színházi minőségű napenergia extravagáns képet.
Ebből a történetből
[×] BEZÁR
VIDEÓ: A nap használata zenéléshez
[×] BEZÁR
Az új távcsövek példátlan képet adtak a tudósokról a Napról, segítve őket a naptevékenység jobb megértésében
Videó: Csodálatos pillantás a napsugárzókra
kapcsolodo tartalom
- A nap kavargó zöld gázok
- Spanyol áttörés a napenergia hasznosításában
- Fantasztikus képek a Naprendszerünkről
Karel Schrijver napfizikus parancsot ad a show elindításához: gyorsított film egy robbanás sorozatáról, amely 2010. augusztus 1-jén rázta fel a Napot. “Ez az egyik lenyűgözőbb nap, amit valaha láttam a Napon” - mondja Schrijver. . Két évtizede nézi a legközelebbi csillagot.
„Az elején ez az apró régió úgy dönt, hogy nem boldog” - mondja úgy, mint egy csillagászati pszichiáter, aki megbirkózna a napenergiákkal. Egy lángra mutat, a fehéres fény szerény görcsére mutat. „Ezután ez a közeli régió boldogtalanná válik, és felgyullad. Aztán egy hatalmas izzószál kitör és átvágja a mágneses mezőt, mint egy kés. Látjuk ezt a izzó anyagot, és az idővel növekszik. Egy kis izzószál az ív alatt azt mondja: „Nem szeretem ezt egy kicsit”, és instabilvá válik, és kialszik.
Ki tudta, hogy a Nap oly sok személyiséggel rendelkezik?
Órák alatt - perceken át tartva a digitalizált visszajátszásban - a mágneses tere nagy része „felborul” - mondja Schrijver, és átrendezi magát, felszabadítva a fáklyákat és a mágneses gáz hatalmas harangjait. A láncreakció élénkebb, mint bármely hollywoodi ábrázolásnál. „Amikor ezeket a filmeket először mutatjuk be kollégáinknak - mondja Schrijver -, a szakmai kifejezés általában„ Whoa! ””
A képek torrentje a Nap legfejlettebb műholdasától származik: a NASA Solar Dynamics Observatory, vagy az SDO. Az SDO 2010. februárjában indult, és a csillagot a Föld feletti 22 300 mérföldes pontból bámulja. A műholdas pályája stabil helyzetben tartja, figyelembe véve a két rádióantennát Új-Mexikóban. Másodpercenként, a nap 24 órájában az SDO 18 megabájt adatot sugároz a földre. A nagy felbontású képek, valamint a Nap kínozott mágneses mezőinek térképei megmutatják a napfoltok keletkezését és kitöréseik eredetét.
Ennek a napenergia-filmnek új betekintést kellene adnia az űr időjárására - a Földre éreztetett hatásokra, amikor a Nap kisugárzik. Az időjárás néha enyhe. 2010. augusztus 1-jén a kitörések az aurora borealis színes kijelzőit indították el az Egyesült Államokban két nappal később, amikor egy gyorsan töltött gázvihar megzavarta a Föld mágneses mezőjét. De amikor a Nap valóban dühös, az északi fény potenciálisan letiltó veszélyeket jelezhet.
A valaha rögzített legalacsonyabb vihar 1859 nyarán sújtotta. A brit csillagász, Richard Carrington szeptember 1-jén hatalmas napfény-hálózatokat vett észlelni, majd ezt követte a legintenzívebb fény. 18 órán belül a Föld mágneses ostrom alatt volt. A káprázatos északi lámpák délen, a Karib-tengeren és Mexikóban ragyogtak, és a szikrázó huzalok Európában és Észak-Amerikában leállították a távíró hálózatokat - a mai internetet.
Az 1921-es mágneses vihar felrobbantotta a New York City vasútvonalainak jelzőrendszerét. Az 1989. márciusi napvihar tönkretette Quebecben az energiahálózatot, kilenc órán keresztül megtakarítva az ügyfelek millióit a villamos energiaig. És 2003-ban a vihar sorozat áramszünetet okozott Svédországban, elpusztította a 640 millió dolláros japán tudományos műholdat és arra kényszerítette a légitársaságokat, hogy mindegyik 10 000 és 100 000 dollár közötti költségekre tereljék az északi sarkotól távol eső járatokat.
A modern, globálisan összekapcsolt elektronikus társadalmunk annyira függ a távoli transzformátoroktól és a műholdak rajztól, hogy a Nap nagy robbantása nagy részét le tudja engedni. A Nemzeti Kutatási Tanács 2008. évi jelentése szerint az 1859-es vagy 1921-es események méretű napsugár viharok elronthatja a műholdakat, letilthatja a kommunikációs hálózatokat és a GPS-rendszereket, valamint megsütheti az energiahálózatokat legalább trillió dollár költséggel.
"A körülöttünk lévő tér nem olyan jóindulatú, barátságos és alkalmazkodó technológiánkhoz, mint gondoltuk" - mondja Schrijver.
Az SDO a viharok példátlan részletességű dokumentálásával a lehető legjobb esélyt ad a kutatóknak, hogy megértsék a Nap pusztító képességeit. A cél az időjárási időjárás előrejelzése - annyira előre, hogy elolvassák a Nap hangulatait, hogy óvintézkedéseket tehessünk velük szemben. A siker az, hogy a Nap felszínén átnézve látják a mágneses kitöréseket, amint azok kialakulnak, ugyanúgy, mint a meteorológusok felhőben áthatoló radart használnak, hogy lássa a tornádó jeleit, mielőtt a földre rohan.
De egyelőre a Nap tevékenysége annyira összetett, hogy a görcsöket zavarja a mező felső elme. Amikor felkérték, hogy magyarázzák a Nap erőszakát okozó fizikát, az SDO tudósa, Philip Scherrer, a Stanfordi Egyetem nem szólal meg: "Alapvetően nem tudjuk."
A szülő csillagunk mindössze nyolc percre van, ahogy a fény repül. A Nap több távcső időt kap, mint bármely más űrben lévő tárgy, és a kutatás globális vállalkozás. Az SDO előtti legsikeresebb műhold, a NASA és az Európai Űrügynökség közös küldetése, amelyet Solar and Heliospheric Observatory-nak (SOHO) hívnak, továbbra is visszatér képeket küld a Napról 15 évvel az indulása után. A jelenleg az űrben található, Hinode nevű kisebb felfedező egy japán – NASA együttműködés, amely azt vizsgálja, hogy a Nap mágneses terei tárolják és szabadítják fel az energiát. És a NASA szárazföldi földi kapcsolatainak megfigyelőközpontja (STEREO) missziója két, majdnem azonos műholdból áll, amelyek a Föld körüli pályán haladnak, az egyik bolygónk előtt, a másik mögött. A műholdak lehetővé teszik a tudósok számára, hogy háromdimenziós képeket készítsenek a napenergia-kibocsátásokról. A Nap ellentétes oldalán, február elején, elkészítették az első fényképet a Nap teljes felületéről. A földön a Kanári-szigeteken, Kaliforniában és másutt a távcsövek olyan technikákkal vizsgálják meg a Napot, amelyek kiküszöbölik a Föld légkörének elmosódó hatásait.
A Nap egy olyan forgó gázgömb, amely elég nagy ahhoz, hogy 1, 3 millió földet tartalmazzon. Magja egy atomfúziós kemence, amely 655 millió tonna hidrogént héliummá alakít másodpercenként 28 millió Fahrenheit fokon. Ez a fúzió energiát hoz létre, amely végül napfényként ér el minket. De a Nap mag- és belső rétegei olyan sűrűek, hogy millió évbe telhet, amíg az energia fotonja a kiút csak kétharmadában harcol. Ott eléri azt, amit a napfizikusok „konvektív zónának” hívnak. Ennek fölött egy vékony réteget érzékelünk, mint a Nap felületét. A napenergia-gázok tovább mennek az űrbe ezen látható szélen túl, egy izzó forró atmoszférában, amelyet koronának hívnak. Az egész naprendszerben fáradt napszél fúj.
A dolgok különösen érdekesek a konvektív zónában. A feltöltött gáz óriás gömbjei emelkednek és esnek, mint egy forrásban lévő vízforralóban, csak turbulensebbek. A Nap különböző sebességgel forog - körülbelül 24 naponta egyszer az Egyenlítőn és lassabban, körülbelül 30 naponta a pólusoknál. Ez a sebesség-különbség levágja a gázt és összezavarja annak elektromos áramát, feltöltve a Nap mágneses mezőit. A teljes mágneses mezőnek iránya van, ahogy a Föld északi és déli pólusai vonzzák az iránytűinket. A Nap mezője azonban tele van görbékkel és görbékkel, és minden 11 évben megfordul: az északi pólus délivé válik, majd 11 évvel később ismét észak felé. Ez egy dinamikus ciklus, amelyet a tudósok nem tudnak teljes mértékben megérteni, és a legfontosabb erőfeszítések középpontjában a Nap viselkedése megértése áll.
Ezek a megfordulások során a Nap mély mágneses tere tényleg megkopog. Felemelkedik, és átcsap a látható felületen, hogy napfényeket képezzen. Ezek a sötét gázfoltok hűvösebbek, mint a Nap többi felülete, mivel a csomózott mágneses mező akadályként működik, megakadályozva a Napenergia egy részének az űrbe jutását. A napfoltok mezői kitörhetnek. A napfoltok felett a Nap mágneses mezője hurokba esik és örvénylődik a koronán. Ezek a ráncok meggyújtják a robbanásokat a Lockheed Palo Alto-i videó képernyőjén.
Schrijver és főnöke, Alan Title, 16 évig dolgoztak együtt, elég hosszúak ahhoz, hogy teljesítsék egymás mondatait. Csoportjuk legutóbbi alkotása, az Atmospheric Imaging Assembly - négy teleszkópkészlet, amely a koronában millió fokos gázokat készít - az SDO-n található három eszköz egyike. A NASA összehasonlítja azt egy IMAX kamerával a Nap számára.
„Ez a felbomló gázbuborék a Föld átmérőjének 30-szorosa, és egymillió mérföld óránként mozog” - mondja Title, és a képernyőn egy bővülő vörös örvényre mutat, amelyet az SDO hamarosan észlel a műholdas indulás után. És szinte véletlenül megjegyzi, hogy ez egy meglehetősen kisebb kitörés volt.
A mágneses mezők folyamatosan tartják a Nap gázjait, miközben űrbe ívülnek - mondja Title - ugyanúgy, mint egy rudatütésű mágnes a vastartályokat rendezett mintákba helyezi. Minél jobban összekeverednek a mezők, annál kevésbé stabilak. Naprendszeri kitörések akkor fordulnak elő, amikor a mágneses mezők új mintába csúsznak - ezt az eseményt a fizikusok „újracsatlakozásnak” hívják.
Egy tipikus, a Föld felé kiszivárgott napsugár, amelyet koronális tömegkibocsátásnak hívnak, tíz milliárd tonna töltött gázt tartalmazhat az űrben. "El kell képzelni egy olyan erõcsoportot, amely elegendõ ahhoz, hogy a víz minden Mississippi-folyóban 3000-szer gyorsabban elinduljon, mint egy repülőgép repül, 15–30 másodperc alatt" - mondja, és egy pillanatra szünetet hagy, hogy engedje bemerülni. "A földön nincs ennek megfelelője. Nehézséget okozunk ezeknek a folyamatoknak a magyarázata. "
A korábbi napenergia-missziók homályos pillanatfelvételeket készítettek a nagy koronális tömegű kidobásokról. Más távcsövek nagyításra kerültek finom részletekkel, de a Nap csak egy apró részére tudtak összpontosítani. Az SDO a Nap teljes féltekéjének nagy felbontása és gyors tűzfelvételei feltárják, hogy a felület és a légkör miként változik percről percre. Egyes funkciók annyira váratlanok, hogy a tudósok még nem nevezték el őket, például egy dugóhúzó-szerű gázminta, amelyet Schrij-ver az ujjával nyomon követ a képernyőn. Szerinte ez egy spirális mágneses mező, amelyet a széle mentén lát el, és átfűzi a gázt, amikor felszáll az űrbe. "Olyan, mintha a [gázt] hevederekkel emelnék fel" - mondja.
A misszió egy éves korát megelőzően a tudósok több száz eseményt elemeztek, több ezer órán át. (Az augusztus 1-i kitöréseket több százezres mérföld átmérőjű mágneses „hibazónák” kötik össze.) A csapat nyomás alatt dolgozik, a NASA-tól és másutt is, hogy jobb előrejelzést kapjon az űrjárási időjárásokról.
"Jó Istenem, ez bonyolult" - mondja Schrijver, egy másik napon a Napi hangulat filmjét játszó. "Nincs csendes nap a Napon."
Néhány mérföld távolságban, a Stanfordi egyetemen, Philip Scherrer napfizikus ugyanazzal a kérdéssel birkózik, amely a Lockheed Martin csoportot animálja: Tudnánk-e megjósolni, mikor a Nap kataklizmikusan a föld felé töltött gázt dob? "Szeretnénk jó becslést adni arról, hogy egy adott aktív régió fáklyát vagy tömeges kilökődést eredményez-e, vagy csak eltűnik" - mondja.
Scherrer, aki műholdas lefelé irányuló összeköttetést használ a televízió vételéhez, az űr időjárásának hatását az 1997. évi esemény emlékezetével magyarázza. „Egy szombaton felébredtünk, és minden, amit láttunk, zavaros volt” - mondja. Koronás tömeg-kidobás az előző éjszakán át a föld fölé söpört. A mágneses felhő nyilvánvalóan kihúzta a Telstar 401 műholdat, amelyet az UPN és más hálózatok használtak.
"Személyesen vettem ezt, mert a" Star Trek "volt [nem tudtam nézni]" - mondja Scherrer komoran mosolyogva. "Ha ez történt a Super Bowl reggelén, akkor mindenki tudhatott volna róla."
A Scherrer csapata és a Lockheed Martin mérnökei kifejlesztették az SDO Helioseizmikus és mágneses képalkotót, amely egy eszköz, amely a Nap forgácsoló belsejébe érzékeli és figyelemmel kíséri a mágneses tér irányát és erősségét, létrehozva fekete-fehér térképeket, amelyeket magnetogramoknak hívnak. Amikor napfoltok jönnek, a térképek mágneses zavarokat mutatnak a Nap légkörében lévő ívelt szerkezetek alapjain.
A műszer a Nap felszínén fellépő rezgéseket is méri. A földön a szeizmológusok mérik a felszíni rezgéseket, hogy feltárják a földrengés hibáit és a föld alatti geológiai szerkezeteket. A Napon a vibrációk nem a napsugárzásokból, hanem a felszínen és lefelé felfelé és felfelé haladó gázok által okozott pulzációkból származnak, körülbelül 700 mérföld / óra sebességgel. Ahogy minden egyes gáztömeg lezuhan, hanghullámok haladnak a Napba, és az egész csillag felpattannak. Scherrer eszköze ezeket a rezgéseket a Nap arcán méri.
A kulcs - mondja Scherrer, a helioszeizmológia vezető szakértője - mivel ez a tudomány ismert, az, hogy a hanghullámok gyorsabban mozognak a forróbb gázokon keresztül, például olyan turbulens csomóknál, amelyek messze vannak a felszín alatt, és amelyek gyakran napfoltot fogyasztanak. A hanghullámok ugyancsak felgyorsulnak, ha ugyanazon az irányban áramló gázokon mozognak. Bár ezek a mérések matematikai rémálmakat hoznak létre, a számítógépek képeket készíthetnek arról, hogy mi történik a Nap felszínén.
Ilyen módon a Scherrer csapata észlelheti a napfényeket a Nap távoli oldalán, még mielőtt a látványba forognak, és még mielőtt képesek lennének arra, hogy a Föld felé káros részecskéket és gázt vezessenek. A tudósok azt is remélik, hogy észreveszik az aktív régiókat, amelyek egy vagy több napon keresztül felrobbannak a Nap belsejéből, mielőtt napfoltként megjelennének.
Ezek a technikák előzetes képet nyújtanak a következő látnivalókról. Scherrer szerint a kihívás a mágneses összetapadás megfelelő jeleinek megtalálása, amelyek - mint az újonnan kialakuló tornádó radarképei - megbízható figyelmeztetéseket jelentenek. Egyes kutatók bekapcsoltak a mágneses mezők formájába, megjegyezve, hogy egy adott S-alakú görbület gyakran kitör a kitörésről. Mások azt vizsgálják, hogy a mágneses erő a napfény közepén gyorsan megváltozik-e - ez azt jelzi, hogy az valóban készen áll a bepattanásra.
Scherrer előhív egy képet a képernyőjén, és elnézést kér, hogy ne versengjenek a Lockheed-filmekkel. A helioszeizmikus képek egy narancs kopogó felületére emlékeztetnek, ahol a gázcsomók felfelé hullottak a Nap teljes gömbén. A mágneses grafika foltos szürke árnyalatokban öntözi a Napot, de amikor Scherrer nagyításba kerül, a fekete-fehér foltok szabálytalan foltokká válnak. Ezek a mágneses erő szalagjai, amelyek a Nap folyamatosan mozgó felületéhez vagy befelé tolódnak.
Amikor a mágneses mező vonalai visszatérnek a Nap atmoszférájába, Scherrer azt mondja: „Nagyon hasonlít rövidzárlathoz, amikor két vezetéket megérint egy árammal. Az áramban áramló energia hőnek vagy fénynek alakul át. ”A hirtelen szikrák a mágneses mező mentén lőnek le és becsapódnak a Nap felületébe, és erõs fáklyát bocsátanak ki.
A Nap legerősebb mágneses mezői közül a leghatékonyabb milliárd tonna gáz csapdába ejtheti őket, és ezzel előállhat a koronális tömeg kilökődése. Amikor a mágneses újracsatlakozás hirtelen felszabadítja az összes feszültséget, a gáz a napsugárral együtt az űrbe emelkedik. "Olyan, mintha a húrot hélium ballonra vágnánk" - mondja Scherrer.
Sok ilyen esemény tanulmányozásával Scherrer úgy gondolja, hogy munkatársaival olyan rendszert tud kidolgozni, amely a Nap kitettségét a Föld kitörését célozza meg - egy olyan skálát, amely a „minden tiszta” -tól „az óvintézkedések megtételéig” terjedhet. Ilyen iránymutatások nem lennének előrejelzésekkel elismeri, és elismeri azt is, hogy a napenergia-előrejelzés soha nem versenghet a földi időjárási jelentésekkel. A napenergia-előrejelzés megköveteli a csapattól, hogy hasonlítsa össze a közelmúltban a Napon végzett tevékenységeket a számítógépes modellekkel. De a modellek annyira bevonódtak, hogy mire a számítógép válaszol, a Nap már felugrott vagy csendben maradt.
Az elmúlt 50 év egyik legnagyobb napenergia-meglepetése nem az volt, amit a Nap tett, hanem valami, amit nem tett: 2008 és 2009 nagy részében nem hozott létre sok napfoltot. “60, 70, 80, 90 nap egyetlen napfolt nélkül ”- mondja Tony Phillips a NASA tudományos szerkesztője, aki függetlenül teszi közzé a SpaceWeather.com oldalt. „A napfizikusok életében senki sem látta ezt. Ez meglepte az egész közösséget. ”
Senki sem tudja, mi okozta a félelmetes csendet. A mély mágneses mező látszólag nem csavart fel a szokásos módon, talán azért, mert a Nap belsejében az elektromos áram gyengült. Egyes tudósok úgy vélték, hogy a Nap legalább ideiglenesen kikapcsol. A napfizikusok egy csoportja tanulmányozta ezeket a változásokat, és azt jósolta, hogy a Nap aktivitása a következő 11 éves napfényciklus során a közelmúltban elért szintnek csak a felét érheti el. Ennek az éghajlatváltozásra gyakorolt kis következményei lehetnek. Az elmúlt században az emberi tevékenység messze meghaladta a Nap modulációját a Föld éghajlatának befolyásolásában. Ha a csökkentett naptevékenység mintája a Nap egy másik ciklusán keresztül és azon túl is folytatódik, a Napból származó energia finom csökkenése kissé ellensúlyozhatja a globális felmelegedést.
Az előrejelzések szerint a Nap 2013 végén vagy 2014 elején eléri a jelenlegi napfényciklusának csúcsát. De nincs ok arra gondolni, hogy egy nyugodtabb Nap így marad. „A legnagyobb részecske-esemény és a geomágneses vihar a rögzített történelemben” - az Carrington által megfigyelt 1859-es esemény - „körülbelül ugyanolyan nagyméretű napenergia-ciklusban fordult elő, mint amit az elkövetkező néhány évben előrejelzünk” - mondja Phillips. Ezenkívül Suli Ma és a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ munkatársainak nemrégiben elvégzett tanulmánya azt mutatta, hogy a Földet sújtó napsugarak viharának egyharmada napsugárzó jelek vagy más figyelmeztető jelzés nélkül jelentkezik. Ezek a alattomos támadások arra utalnak, hogy a Nap veszélyes lehet még akkor is, ha csendesnek tűnik.
A Földet nem lehet megvédeni a Nap kitöréseitől; A hatalmas viharok mindig megsemmisítik bolygónk mágneses mezőjét. Az előzetes figyelmeztetés azonban korlátozhatja hatásaikat. Az óvintézkedések között szerepel az energiaterhelés csökkentése az elektromos vezetékek túlfeszültségének megakadályozása érdekében, a műholdak elektronikus biztonságos üzemmódba helyezése, és - a NASA esetében - az űrhajósok utasítása az űrhajók számára, hogy menjenek el űrhajóik legszélesebb részein.
Még ezekkel az intézkedésekkel egy olyan súlyos esemény, mint az 1859-es vagy 1921-es napenergia viharok, pusztíthatná - mondja Daniel Baker, a Colorado Egyetem napenergia- és űrfizikusa, a Nemzeti Kutatási Tanács 2008. évi jelentésének vezető szerzője. Baker szerint az emberek egyre inkább függnek a kommunikációs technológiától - mondja Baker, hogy egyre inkább kiszolgáltatottá váljon az elektromágneses káosz ellen. "Ezek a [súlyos] események valószínűleg minden évtizedben előfordulnak" - mondja. "Csak idő kérdése, mielőtt egyikük megüt minket."
Baker és kollégái felszólították a NASA-t és a Nemzeti Óceáni és Légköri Hatóságot, amely a Colorado Boulderben, az Űr Időjárási Előrejelző Központot működteti, hogy dolgozzanak ki egy űr-időjárási figyelmeztető műholdak rendszerét. Manapság az egyetlen eszköz, amely meg tudja határozni a mágneses mező irányát a közeledő koronális tömeg kilökésében - ez egy kritikus tényező annak meghatározásához, hogy milyen erősen fog kölcsönhatásba lépni a Földdel - egy 13 éves műholdason van, amelynek nincs rövid távú pótlása.
„A Nap egy nagyon változó csillag” - figyelmeztet Baker. „A külső légkörben élünk, és a Földt körülvevő kiber-elektromos kokonya ki van téve szeszélyeinek. Jobb, ha megbeszéljük ezt.
Robert Irion a tudományos írás programot irányítja a Kaliforniai Egyetemen, a Santa Cruzban.























