2017-ben Emily Mason öt hónapon át minden nap, amikor beérkezett a NASA Goddard Űrközpontjába, leült az asztalához, bekapcsolta a számítógépét, és a Napról készült képeket bámulta. Egész nap. „Úgy három-öt évnyi adatot néztem át.” – mondta. Aztán 2017 októberében rájött, hogy mindvégig rossz helyen keresgélt.
Mason, a washingtoni Amerikai Katolikus Egyetem PhD hallgatója, koronális eső nyomait kereste: óriási plazmacsomókat, amelyek a Nap külső légköréből csepegnek vissza annak felszínére. Arra számított, hogy a több millió kilométer magas mágneses hurkokban, a hegyes lovagsisak formájú kitörésekben fog rájuk bukkanni, amelyeket a napfogyatkozások alkalmával szoktunk megfigyelni. A számítógépes szimulációk szerint ugyanis a koronális esőt ezeken a helyeken kell keresni. A Napról a világűrbe kiszökő anyag, a napszél megfigyelései arra utaltak, hogy számítani lehet a jelenségre. Mason tudta, hogy ha sikerülne megérteni az eső keletkezésének fizikáját, az megoldhatná a 70 éves rejtélyt: miért melegebb a napkorona, mint a Nap felszíne? Közel fél évnyi kutatás után azonban Mason még mindig nem találta, amit keresett. „Túl sokat kutattam valami után, ami meg sem történt.”
Mint kiderült, nem azzal volt a probléma, amit keresett, hanem azzal, hogy hol. Az Astrophysical Journal Letters folyóiratban nemrég megjelent tanulmányban Mason és munkatársai bemutatják az első koronális esőt, amit egy kisebb mágneses hurokban találtak. A hosszú, eredménytelen munka után végül találtak valamit, ami kapcsolatba hozhatja a korona furcsa melegedését és a lassú napszél eredetét – a két legnagyobb, Nappal kapcsolatos rejtélyt.
Milyen az eső a Napon?
A NASA SDO napkutató szondájának nagy felbontású képein a Nap, ez a forró plazmagömb, amely tele van hatalmas, a mágneses erővonalakat követő tüzes hurkokkal, csak kevés hasonlóságot mutat Földünkkel. Bolygónk azonban nyújt némi útmutatást a Nap kaotikus zűrzavarában, például az eső elemzéséhez.
A Földön az eső része a víz körforgásának, a hő és a tömegvonzás végtelen huzavonájának. Amikor a bolygó felszínén az óceánokban, tavakban és folyókban raktározott vizet felmelegíti a Nap, a víz egy része elpárolog, vagyis a légkörbe kerül, ahol lehűl, és felhőket képezve kicsapódik. A felhők aztán annyira nehezek lesznek, hogy nem tudnak ellenállni a gravitációnak, így a víz eső formájában visszahull a földre. A folyamat ezután újraindul.
A Nap esői hasonlóan működnek, magyarázza Mason. „Tízfokos esővíz helyett azonban több millió fokos plazmával kell számolnunk.” A töltéssel rendelkező részecskék tömege, a plazma nem áll össze tócsává, hanem követi a mágneses hurkokat, amelyek a Nap felszínéről indulnak, és hullámvasutazik rajtuk. A hurkok lábainál, a Nap felszínéhez közel a plazma 1 millió Celsius-fokra melegszik. Amikor feljut a hurok csúcsára, eltávolodik a hőforrástól, lehűl és kondenzálódik, a gravitáció pedig koronális eső formájában húzza vissza a hurok lábaihoz.
Mason azért keresett a sisak formájú kitörésekben koronális esőt, hogy megértse a ciklikus melegedést és lehűlést. A kutatók az 1990-es évek közepe óta tudják, hogy a sisak formájú kitörésekből származik az úgynevezett lassú napszél, egy viszonylag lassú, sűrű gázsugár, amely gyorsabban mozgó társától elkülönülve hagyja el a Napot. A lassú napszél vizsgálata során azt találták, hogy az anyag extrém magas hőmérsékletre melegedett fel, mielőtt lehűlve útnak indult volna. Ha sikerült volna a koronális esőt a sisak formájú napkitörésekben megtalálni, a ciklikus melegedés és lehűlés érdekes adalék lett volna a Nap megértéséhez.
A Napot övező másik nagy rejtély, hogy mitől és hogyan lehet 300-szor melegebb a Nap külső légköre a felszínénél. Meglepő módon a szimulációk azt mutatták, hogy a koronális eső csak akkor jelentkezik, amikor a hurok legalján történik a fűtés. „Ha egy hurokban koronális eső van, az azt jelenti, hogy az alsó 10 százalékában, vagy még kisebb helyen történik a melegedés.” – mondja Mason. Az eső megmutatja, hol melegszik a korona. A keresést a legnagyobb hurkokban kezdték, hogy növeljék a siker esélyét.
A legjobb adatokat használták fel a munkához: a NASA Solar Dynamics Observatory (SDO) napszondájának felvételeit. A szonda 2010-es felbocsátása óta 12 másodpercenként készít felvételeket a Napról. Közel fél évnyi kutatás után Mason még mindig nem talált egyetlen esőcseppet sem a nagy hurkokban. Észrevett ugyanakkor olyan apró mágneses struktúrákat, amelyeket nem ismert. „Nagyon fényesek voltak, nem tudtam levenni a szemem róluk.” Mason először annyira ragaszkodott az eredeti tervhez, hogy ezekkel a megfigyelésekkel nem is foglalkozott. „Bejött a megbeszélésre, és azt mondta: Nem találtuk meg. Más struktúrákban folyton előkerül, de a sisakokban nem.” – mondta Nicholeen Viall, a tanulmány társszerzője. „Akkor azt mondtam: Várj. Hol látod? Szerintem még senki sem látta eddig.”
Mérőszalag a felmelegedéshez
Ezek a struktúrák több szempontból is különböztek a sisak formájú kitörésektől. A legfontosabb különbség azonban a méretükben rejlett. „Ezek a hurkok sokkal kisebbek voltak, mint amit kerestünk” – mondta Spiro Antiochos napkutató, aki szintén társszerzője a tanulmánynak. „Ez azt jelenti, hogy a korona melegedése sokkal inkább helyhez kötött, mint gondoltuk.”
Bár azt nem tudják pontosan, hogyan melegszik fel a korona, az már kiderült, hogy hol. Mason olyan esőhurkokat talált, amelyek 50 ezer kilométer magasak. Ez a méret mindössze két százaléka a korábban vizsgált hurkok magasságának. Az eső abban a régióban alakul ki, ahol a koronális melegedés zajlik. „Még mindig nem tudjuk, mi fűti a koronát, de tudjuk, hogy ebben a rétegben kell történnie.” – mondta Mason.
A lassú napszél új forrása
A megfigyelések egy része nem igazolta a jelenlegi elméleteket. Mai tudásunk szerint a koronális eső csak zárt hurkokban alakulhat ki, ahol a plazma az elszökés lehetősége nélkül összegyűlik, és lehűl. Ahogy azonban Mason átvizsgálta az adatokat, olyan eseteket talált, ahol az eső nyílt mágneses erővonalak mentén alakult ki. A Naphoz csak az egyik végén lehorgonyzott erővonalak másik vége az űrbe nyúlik, így a plazma a napszélbe kerülhet. Hogy magyarázatot találjon az anomáliára, Mason és csapata egy alternatív elméletet dolgozott ki, amely a kis mágneses struktúrákban kialakuló esőt a lassú napszélhez kapcsolja.
Az új magyarázat szerint a plazmaeső egy zárt hurokban kezdi az utazását, de a mágneses átkötődésként ismert folyamaton keresztül átvált egy nyílt hurokra. A jelenség gyakran fordul elő a Napon. Ilyenkor egy zárt hurok egy nyílt erővonalba ütközik, és a rendszer újraformálódik. A zárt hurokban lévő forró plazma egy nyílt mágneses erővonalon találja magát, mint amikor egy vonat áthalad a váltón. Itt a plazma egy része gyorsan kitágul, lehűl, majd koronális eső formájában visszahullik a Napra. A többi része azonban elmenekül, és a csapat szerint ebből lesz a lassú napszél.
Mason jelenleg az új elmélet számítógépes szimulációján dolgozik, de reméli, hogy előbb-utóbb megfigyelésekkel is alátámaszthatják a teóriát. A 2018-ban felbocsátott Parker napszonda minden korábbi űreszköznél közelebb merészkedik a Naphoz, így áthaladhat a lassú napszél anyagán, adatokat gyűjtve Mason elméletének alátámasztásához.
Forrás: NASA
