Słońce jest obecnie w okresie minimum swojej aktywności. Zgodnie z naukowymi prognozami, już od końca przyszłego roku wielkość emitowanej energii słonecznej zacznie wzrastać. W 2012 r. aktywność Słońca ma być największa od 50 lat. Związane z tym słoneczne burze magnetyczne i wyrzuty materii mogą, jak nigdy przedtem, zagrozić pracy ziemskich urządzeń elektronicznych. Do dokładniejszego prognozowania tych zjawisk przyczynić się mogą opublikowane właśnie wyniki badań polskich uczonych.
Urządzenia skonstruowane w Zakładzie Fizyki Słońca Centrum Badań Kosmicznych PAN we Wrocławiu przez ponad cztery lata patrolowały przestrzeń kosmiczną na pokładzie rosyjskiego satelity KORONAS-F. Spektrometr słoneczny RESIK badał krótkookresowe zmiany widm promieniowania rentgenowskiego Słońca (widmo to obraz promieniowania, umożliwiający jego dokładną analizę). Spektrometr Diogeness śledził prędkość ruchów gorącej plazmy. Misja zakończyła się w grudniu ubiegłego roku. Uczestniczący w badaniach naukowcy z Zakładu Fizyki Słońca CBK PAN wspólnie z badaczami z NASA i Obserwatorium Paryskiego dokładnie opracowali dokonane pomiary. Wyniki opublikowano w jednym z ostatnich numerów prestiżowego pisma naukowego „The Astrophysical Journal”.
– Nasze urządzenia zarejestrowały około miliona rentgenowskich widm Gwiazdy oraz zaobserwowały ponad tysiąc rozbłysków słonecznych. Dzięki nim udało się określić ilość chloru w koronie słonecznej oraz wykryto w niej zwiększoną obfitość potasu. Badaliśmy też widma plazmy, czyli gazu zjonizowanych cząstek w koronie słonecznej, która osiąga temperaturę kilku milionów Kelvinów, znacznie wyższą niż ma jądro Gwiazdy. Zaobserwowaliśmy nowe typy linii widmowych, które umożliwiają dokładniejsze niż dotychczas określanie temperatury plazmy. Wyniki przeprowadzonych badań mogą stać się też kluczem do kontrolowanej syntezy termojądrowej, uznawanej za najdoskonalsze źródło energii w przyrodzie. Mogą też pomóc precyzyjniej przewidywać kosmiczną pogodę, np. słoneczne burze magnetyczne. W okresach wzmożonej aktywności Słońca zagrażają one sztucznym satelitom Ziemi, komputerom, zakłócają łączność radiową i pracę linii przesyłowych wysokiego napięcia – mówi prof. Janusz Sylwester z Zakładu Fizyki Słońca Centrum Badań Kosmicznych PAN we Wrocławiu.
Plazma z turbodoładowaniem
Lutowy numer pisma „Geophysical Research Letters” przynosi artykuł grupy astronomów z National Center for Atmospheric Research w Kolorado, kierowanej przez Mausumi Dikpati. Naukowcy ci, korzystając z nowych programów komputerowych, opracowali model aktywności słonecznej i przewidują jej zmiany z 98-procentową dokładnością. Model ten przedstawia proces przepływu plazmy pod powierzchnią Słońca, wahania jego pola magnetycznego i związane z tym powstawanie plam na powierzchni naszej Gwiazdy.
Plamy słoneczne, związane z obecnością skoncentrowanego pola magnetycznego, są ciemniejsze od swego otoczenia, ponieważ mają od niego niższą temperaturę. Jednak ponad ich powierzchnią pole magnetyczne uwalnia swoją energię, przekazując ją znajdującej się w koronie plazmie. Tak „doładowana” plazma zostaje wyrzucana w przestrzeń kosmiczną. Zaburzany jest przepływ wiatru słonecznego. W czasie jednego rozbłysku w przestrzeń zostaje wyrzuconych miliardy ton materii. Tworzą ją cząstki: elektrony i jony wybiegające ze Słońca z prędkością do 3000 km/s. Gdy skierowane są w kierunku Ziemi, wywołują tzw. burze magnetyczne i mogą narobić wiele zamieszania.
W okresie maksymalnej aktywności Słońca plamy są wyjątkowo liczne i duże. Wtedy na naszej Gwieździe stosunkowo łatwo dochodzi do gigantycznych wybuchów. Przewidywane na przyszły rok zwiększenie promieniowania naszej Gwiazdy rozpocznie kolejny z zarejestrowanych, 24. już cykl jej aktywności. Każdy trwa ok. 11 lat. Maksimum swojej aktywności Słońce osiągnie ok. 2012 r. Wtedy to spodziewane jest największe nasilenie plam i związanych z nimi burz słonecznych.
Globalna awaria?
Naukowcy mają nadzieję, że wkrótce opracują metodę pozwalającą na przewidywanie dokładnego czasu występowania burz słonecznych.
– Teoria amerykańskich naukowców wydaje się wysoce prawdopodobna. Jeśli mają rację, to przewiduje się, że ten kolejny okres aktywności słonecznej będzie równie intensywny jak pół wieku temu, kiedy to odnotowano najsilniejszy z zarejestrowanych dotychczas poziom aktywności Słońca. Wtedy nie wyrządziła ona zbyt wielu szkód, bo korzystaliśmy ze stosunkowo mało zaawansowanych technologii. Wokół Ziemi nie krążyły satelity telekomunikacyjne, nie było nawigacji satelitarnej, nie było lotów kosmicznych. Przewidywanie kosmicznej pogody stało się dziś ważniejsze niż kiedykolwiek przedtem – mówi prof. Janusz Sylwester. I ostrzega: – Globalna awaria sprzętu elektronicznego mogłaby dziś spowodować trudne do przewidzenia skutki, np. zamieszanie w telekomunikacji czy luki w systemach obronności. Przewidywanie kosmicznej pogody ma też znaczenie dla astronautów. Jeśli np. burza słoneczna wydarzy się w czasie kosmicznej misji załogowej, wysokoenergetyczne cząstki wiatru słonecznego i promieniowanie rentgenowskie, przed którymi na Ziemi chroni nas atmosfera, w otwartej przestrzeni kosmicznej mogą być dla nich zabójcze.
Kosmiczna pogodynka
Już dziś umiemy prognozować kosmiczną pogodę. Głównie dzięki wystrzelonemu w 1995 r. satelicie SOHO. Znajdując się około 1,5 mln km od Ziemi, między nami a Słońcem, odgrywa on rolę systemu wczesnego ostrzegania. SOHO jest obsługiwany wspólnie przez NASA i Europejską Agencję Kosmiczną. Jego raporty docierają m.in. do specjalnie utworzonego Centrum Pogody Kosmicznej w Kolorado. Kosmiczni synoptycy pracują tam na zmianę przez 24 godziny na dobę, monitorując aktywność słoneczną. Polskie urządzenia z misji KORONAS-F mogłyby z powodzeniem wspomóc jego pracę. Obecnie naszą Gwiazdę obserwuje cała flotylla satelitów. W tym roku wystartuje japońska misja Solar–B i misja Stereo przygotowana przez NASA. W przyszłym roku wystartuje m.in. rosyjska sonda KORONAS-Foton. Wraz z narastaniem aktywności Słońca misji tych będzie przybywać.
Badania naukowców z National Center for Atmospheric Research mogą umożliwić przewidywanie wielkości aktywności słonecznej nawet z 22-letnim wyprzedzeniem. Miałoby to duże znaczenie w planowaniu lotów załogowych na Księżyc i Marsa. Planuje się, że człowiek ponownie stanie na Księżycu już w 2018 r. Pierwsza załogowa misja na Marsa może się odbyć nawet już kilkanaście lat później.
Słońce w liczbach
Średnica – 109 średnic Ziemi
Powierzchnia – 11 900 powierzchni Ziemi
Objętość – 1 300 000 objętości Ziemi
Masa – 332 950 mas Ziemi
Gęstość (średnia) – 1408 kg/m³
Temperatura powierzchni – 5780 °K (5507 °C)
Temperatura jądra – ok. 15 milionów °K
Temperatura korony słonecznej – ok. 2-30 milionów °K (w zależności od aktywności)
Słońce można porównać do gigantycznego nuklearnego kotła, w którym w ciągu każdej sekundy kilkaset milionów ton wodoru przemienia się w hel, a uwolniona energia, równoważna czterem milionom ton, wypromieniowuje. Dzieje się tak już od pięciu miliardów lat i proces ten potrwa jeszcze przynajmniej drugie tyle.