A Nap “szívdobogása”

1870

Bár az optikai tartományban nem tudunk a Nap felszíne alá tekinteni, mélyen a csillagunk belsejében gerjesztődő rezgések, azaz mechanikai hullámok segítségével talán mégis szerezhetünk információt a Nap energiatermelő magjáról. Ezek a hullámok több szempontból hasonlítanak a földrengésekkor keletkező szeizmikus hullámokra, melyekkel a geofizikusok már rég feltérképezték bolygónk belső tartományait. Két típusuk különböztethető meg: az ún. nehézségi hullámok (g-módusok), illetve a nyomáshullámok (p-módusok), melyek normál hanghullámok. Gerjesztésükért a konvekciós zóna véletlenszerű áramlási folyamatai felelősek, melyek módusok millióit hozzák rezgésbe.

A helioszeizmológia tudománya a hullámok által a napfelszínen keltett oszcillációkból következtet arra, hogy mi történik a Nap belsejében. Ilyen vizsgálatok eredményeként ismerjük például nagyon pontosan a magban uralkodó hőmérsékletet, ami létfontosságú volt a magreakciók során keletkező neutrínók átalakulásának részecskefizikai bizonyításában. A sikerek mellett azonban a Nap legbelső része, az energiatermelő mag mindeddig "zárva" maradt előttünk. Ez a helyzet változhat meg a g-módusokra vonatkozó új eredményeknek köszönhetően.


A Nap belsejének keresztmetszete a magra és a sugárzási zónára jellemző g-módusok, illetve a konvekciós zónát domináló p-módusok hullámfrontjaival.
(Science 316, 1573 (2007))

A nyomáshullámok inkább a Nap külső rétegeire jellemzőek, s csak nagyon kis hányaduk jut el a 0,2 naprádiuszon belüli területekre. Velük ellentétben a g-módusok a magban és a sugárzási zónában terjednek, így jó lehetőséget biztosíthatnak a belső részek hőmérsékleti, nyomás- és mozgásviszonyainak tanulmányozására. A gond azonban az, hogy mivel ilyen mélyen fekvő területekhez kötődnek, az általuk generált napfelszíni hatások körülbelül három nagyságrenddel kisebbek, mint amit a ma (Solar and Heliospheric Observatory, SOHO) és a közeljövő (Solar Dynamics Observatory, SDO) űreszközeivel, illetve földi programok (Global Oscillation Network Group, GONG) műszereivel detektálni lehet.

A g-módusoknak azonban van még egy olyan jellemző tulajdonsága, amely kissé könnyebbé teheti detektálásukat: az elméletek szerint évekig fázisban maradhatnak, így sok hullám egymást erősítve már a felszínen is mérhető hatást produkálhat. Ez a lehetőség motiválta R. Garcia kutatócsoportját, hogy a SOHO műhold GOLF (Global Oscillation at Low Frequency) műszerével 10 éven keresztül rögzített adatokat elemezzék ebből a szempontból.


A Nap különböző részeinek rotációs sebessége a sugár függvényében. A konvektív zónában jól látható a naprajzi szélességtől függő differenciális rotáció. A sugárzási zónában egészen 0,3 naprádiuszig a forgás merevvé válik, de az adatok egyre bizonytalanabbak. 0,2 naprádiuszon belül, azaz a magban a rotációs profil nem ismert. (Science 316, 1591 (2007))

Az új eredmények szerint a g-módusok periódusai egyenközűek, ellentétben a p-módusokkal, ahol ez a frekvenciákra jellemző. A lehetséges periódusok tartományát felölelő és a rotációnak a g-módusokra gyakorolt hatását is figyelembe vévő modell alapján Garcia és csapata azonosítani tudta a g-módusokra jellemző jeleket a GOLF adatok periodogramjában, és ez alapján a g-módusok valóban léteznek, s nem csak elméleti képződmények.

A g-módusok létének alátámasztása mellett a kutatócsoport durva becslést adott a Nap magjának forgási sebességére is. A helioszeizmológusok körében legalább két évtizede központi kérdés, hogy a mag gyorsabban vagy lassabban forog-e a felszínnél. A probléma nagyságát jól jelzi, hogy a kimenetelre vonatkozó baráti fogadások tétje néhány üveg nemes óbor szokott lenni. Garcia kutatócsoportja egyértelműen a "gyorsabb" mellett teszi le a voksát.

Bár az eredmény jelentős előrelépés a helioszeizmológiában, megerősítéséhez – mint a természettudományok más területein is – az analízist egy független adatsoron is el kell(ene) végezni, hogy lássák, a GOLF adatok periodogramjában talált struktúra ismételten előbukkan-e. A baj azonban éppen a független adatsorral van.

Jelenleg két nagy helioszeizmológiai mérőrendszer működik, a SOHO és a GONG. A SOHO műhold azonban működési ciklusának vége felé tart, a kiváltására tervezett SDO műholdat 2008 folyamán tervezik felbocsátani. A földi bázisú GONG projekt sorsa pedig kétséges, ugyanis a fenntartó, az NSF (National Science Foundation) csillagászati divíziója egy tanulmány alapján az SDO felbocsátása után 1 évvel a megszűntetését tervezi, hacsak független szponzor nem jelentkezik addig. Elképzelhető tehát, hogy a helioszeizmológia az eddigi egyik legizgalmasabb eredményét még évtizedekig nem tudjuk megerősíteni.

Forrás: Science 316, 1591 (2007)

Hozzászólás

hozzászólás