Megjelenik: Harmadik Szem, 1999 szeptember vége
Új Tudomány Új Csillagászat
A Nap életközpontja - 3. rész
A napkitörések megoldatlan természete
A napkitörések mai angol és nemzetközi tudományos műszava: flér, angolosan: fler, ami (fel)villanást jelent. Ez pedig elkerülhetetlenül a földi villámlásra utal. Ez a név egy meghatározott fizikai folyamatra, a villámlást kiváltó elektromos kisülést idézi elénk: egy gyors, hirtelen fényjelenséget, amelyet később a mennydörgés követ. De tudjuk-e igazából, hogy a napkitörések a földi villámok megfelelői? Mindenesetre az angolban sem hívták mindig fler-nek (flare) a napkitöréseket, csak századunk közepe óta terjedt el ez a névhasználat. De hogyan lehet eldönteni, hogy valóban villámszerű-e a flér, vagy inkább kitörés-szerű, azaz vulkán-szerű jelenségről van szó? Ez a kérdés évtizedek óta megoldatlan. Úgy tűnik, a megoldás azért várat magára, mert a problémát és a kérdés jelentőségét nem ismerte fel a csillagászok legnagyobb része. Ennek pedig éppen bizonyos szemléletbeli rögződés, beidegződés az oka. Talán a leghatározottabban Hugh Hudson fogalmazta meg a mai helyzetet: "Első pillantásra, mindenki azonnal megértheti, miért áll ez a kérdés a kutatás frontjában: az emberek a "mágneses szétrobbanás" kifejezést használhatják a flér leírására, mert valóban minden irányba szétlövődésről van szó. Így, a megfigyeléseket szem előtt tartva, ez megfelel a tényeknek. De ugyanezek az emberek biztosak abban hogy a flérenergia a helyben tárolt mágneses energiából származik, és ennek az energiának látható alakba változása mágneses összerobbanást követel meg! E két tétel egymás mellé helyezése megvilágítja, hogy némi bizonytalanság állhat fenn a flér magjában lezajló folyamatok mibenlétének megértésében."
A kérdés megoldásához meglátásom szerint egyszerű és holtbiztos út vezet. Ez pedig a napkitörés energiaviszonyainak feltérképezését jelenti. Ha felmérjük, mekkora összenergia szabadul fel, és a különböző energiafajták közül melyik az elsődleges, melyik az, amelyik a többi energiafajta megjelenéséhez vezet, akkor megállapíthatjuk, hogy melyik folyamat a flér kulcsfolyamata, ez a folyamat miből fedezi energiáját. Ezzel pedig meghatároztuk a flér kulcsfolyamatának okát, vagyis lényegi magyarázatot adtunk a flérek eredetének kérdésére. Nyilvánvaló, ha eredményünk azt mutatja, hogy a flérkitörés elektromágneses energia hirtelen átalakulását jelenti, látható fénnyé és hallható hang-hullámokká, akkor beigazolódik, hogy a flérkitörés villám-szerű jelenség. Ha viszont vizsgálatunk eredménye az lesz, hogy a flér kulcs-eleme nem az elektromágneses energia hirtelen átalakulása fény- és hanghullámokká, akkor a flér nem villámszerű jelenség. Vulkánszerűnek abban az esetben tarthatjuk a fléreket, ha kulcselemük egy alulról érkező, forró anyag robbanásszerű kitörése. Vizsgálatunknak elvileg más eredménye is lehet - például a flérkitörés például lavina-szerűnek bizonyulhat, ha indítóoka a fléranyag elhatalmasodó lefelé zuhanása. Lássuk ezek után, miféle eredményre vezet a vizsgálat!
A napkitörések energiaellátása
A napkitörések a Nap felszínén időről időre megjelenő fellángolások, a felszíntől távolodó A napkitörések legfontosabb jellemzője a kitörések összenergiája. Ha egy kitörés energiája parányi, akkor mérete is kicsiny, időtartama is rövid kell legyen. A kitörés összenergiája tehát meghatározza a téridőbeli viszonyokat, és így a különféle folyamatok lezajlását is. Az energetika tehát kulcsfontosságú jellemzője a napkitörésnek: olyan jellemző, amely egy számban sűríti össze a flérkitörés legkülönfélébb következményeit. És fordítva: a flérkitörés összenergiáját éppen úgy tudjuk megállapítani, hogy sorra vesszük a kitörés legkülönfélébb kísérőjelenségeit, és ha ezeket mind figyelembe tudjuk venni, ezek összenergiája megadja az elsődleges energia-felszabadulás jellemzőit. Ezzel pedig a másodlagos jelentőségű, szétszórt adatokból egy kulcsfontosságú adathoz jutunk: a flér összenergiájához, ami pedig az elsődleges folyamatról, a napkitörés minden elemét kiváltó kulcsfolyamatról ad információt. Így jutunk el a felszín mögé bepillantás lehetőségéig, a folyamat valódi lényegének, fizikájának megvilágításához.
Vegyük sorra tehát a flérkitörés legfontosabb következményeit! Kétféle típusú folyamatról lehet szó. Az egyik maga az anyag mozgása, változása. Ennek energiaformái a mozgási energia, a turbulens energia, a részecskeáramok energiája, és a különféle anyaghullámok energiája: az áramlások keltette hanghullámok, lökéshullámok, mágneses hullámok energiája. A másik energiatípus a sugárzási energiafajtákat jelenti. Ebben a felosztásban is jelentkezik a világ folyamatainak páros jellege: minden folyamatot hullámok és sugárzások kísérnek. Ahogy egy virág növekedését is a virág képinek, növekedési filmjének utazása kíséri át a végtelenbe, a Világegyetem legtávolabbi zugaiba, úgy mindenféle anyagfolyamatot a folyamat képének folyamatos leválása és utazása, tovaterjedése kíséri. A napkitörések anyagmozgásait heves fényjelenségek kísérik, a legnagyobb hullámhosszú rádió-hullámokon át az infravörös, a látható, az ultraibolya, a lágy - és kemény röntgen sugárzás és a legkeményebb gamma sugárzásig. Vegyük tehát sorra a különböző flér-energiákat!
A nyugodt Nap fénysugárzásának erőssége 4 * 1033 erg/s, azaz ismertebb mértékegységben 4*1027 Watt. Ha feltesszük, hogy a Föld mind a tízmilliárd lakosa (1010) egyszerre bekapcsol ezer százwattos lámpát (azaz összesen 1015 wattot), még mindig 1012-szer kevesebb energiát jelent, mint a Napé. A Hadak Útján (újkeletű műszóval: a Tejúton), vagyis egész csillagrendszerünkben körülbelül 1011 csillag található, ha feltesszük, hogy minden csillagnak van lakott bolygója, és mindegyiken tízmilliárd emberszabású lény él, akik mind egyszerre felkapcsolnak ezer százwattos villanylámpát, akkor körülbelül megkapjuk azt a fényerőt, amit a Nap fénysugárzása jelent, de még így is az egész galaxisban szétszórva, nem pedig egy forrásból. Ez a napenergia még kiegészül egy ennél körülbelül tízezerszer halványabb olyan energiával, ami a naptevékenységnek felel meg (a nagy flérek fényereje elérheti a 1031 erg/s-ot is). De amíg a Nap közelítően fekete testként sugároz, tehát hőmérsékleti sugárzást bocsát ki, a Földön hevített vashoz hasonlóan, ami a melegedés során eleinte sötét, majd vörösen kezd izzani, és nagyobb hőmérsékleten éri el a sárgás, majd a kékes-fehéres izzást, addig a flérek fénye nem követi a hőmérsékleti sugárzás jellegzetes energia-eloszlását (amit a Planck-függvény ad meg). Ez a Planck-függvény a Nap felszíni hőmérsékletnél csúcsosodik ki, azaz éppen a 3000-6000 Angström (1 Angström = 10-10 cm) látható tartományban, a sárga színhez tartozó hőmérsékleten. Ennek megfelelően, kék és vörös színben a Nap kevesebb energiát sugároz ki, mint sárgában, és még kevesebbet az infravörösben és az ultraibolyában. Ehelyett a flérek energiája a kitörés kezdetén szinte mono-energetikus, amiben szinte minden sugárzást kibocsátó részecskének egyforma az energiája. Ez az energia nagyobb, mint a látható fény kvantumainak energiája, és így ez a nem-hőmérsékleti flér-sugárzás a látható tartományon kívülre esik, az ultraibolya-röntgen-gamma tartományban valahova, a flér erősségétől függően. De ez az egy-energiájú fénysugárzás nem maradhat fenn sokáig, mert a flér anyaga kölcsönhatásba lép a nyugodt Nap anyagával, és így fokozatosan elkeveredik, és ennek során sugárzás-eloszlása is közelítő hőmérsékleti jelleget vesz fel néhány perc alatt. Ez a hőmérséklet azonban jóval magasabb, mint a Nap felszínéé, a 6000 Kelvin fok helyett jellegzetesen a 106 (millió) és a 109 (milliárd) K közé esik. Így a nyugodt napfelszín és a flérkitörés körzetének sugárzásának energia-eloszlása két erősen különböző görbét követ. A nyugodt Napé 4 000 K körül éles csúcsot mutat, tízmillió K-nél ennek csak milliomod részét sugározva ki. Ugyanakkor a flérkitörés energia-eloszlása a tízmillió K körül csúcsosodik ki. Azt nem lehet mondani, hogy a flér energia-eloszlása 4000 K-nál csak milliomodrésze lenne a Napénak, mert a flér energia-eloszlása nem hőmérsékleti jellegű, és a különböző kölcsönhatások miatt több csúcsot is felvesz. Ahhoz, hogy a flér energia-eloszlásáról képet alkothassunk, nyomon kell követnünk a flér elsődleges energia-eloszlásának sorsát, különböző kölcsönhatásait. Össze kell gyűjtenünk a rendelkezésre álló szakirodalomból, adatbázisokból az eddigi méréseket, ezeket ki kell értékelnünk, és ennek alapján határozhatjuk meg, mennyi energiát bocsát ki a flér az egyes energiatartományokban.
Eredményeim a következők. Először is, a flér elsődleges sugárzása egy "nemtermikus fal"-ként értelmezhető, ami hirtelen, robbanásszerűen szabadul fel a flérkörzetben a flér elején, de a későbbiekben is folytatódik csak éppen gyengébben. Ez az elsődleges sugárzási energia elérheti a 1034-1035 erg-et, azaz százszor-ezerszer akkora értéket, mint amekkorát a csillagászok általában emlegetni szoktak. Ennek oka, hogy a csillagászok túlnyomó része meg van győződve arról, hogy a mágneses tér táplálja a flérkitörést, és ezen kívül más energiaforrás nem játszik lényeges szerepet. A mágneses tér viszont nemigen képes 1032 erg-nél nagyobb energiát adni. A mágneses tér értékét a flérkörzetben ugyanis mérni (és modellekkel számolni is) tudjuk, így jó közelítéssel a mágneses tér értéke 100 Gauss-nak vehető (ez a földi mágneses térnél több mint százszor erősebb teret jelent). Ehhez is olyan óriási körzet mágneses terére van szükség, ami a flérkörzetnél tízezerszer nagyobb. Így jutnak a mágneses flérelmélet hívei arra a kényszerű következtetésre, hogy a mágneses térnek össze kell robbannia, energiáját át kell adnia a nála tízezerszer kisebb flérkörzetnek. Ezért aztán az olyan mérésekkel, amik azt mutatják, hogy a flérnek még a 1032 ergnél is nagyobb az energiája, egyszerűen nem tudnak mit kezdeni. Elszórva fel-felbukkan, hogy a nagy flérek energiája tízszer-százszor-ezerszer nagyobb a 1032 erg-nél, egyszer-egyszer még azt is megemlítik, hogy ezt a mágneses tér nem képes biztosítani, de aztán a kutatás megy tovább a jól kitaposott ösvényen.
Másodszor, a Nap flérkitöréseinek energiaeloszlása változik a flér alatt. Eleinte a gamma tartományba esik az energiaeloszlás csúcsa, de egy pár másodperc - pár perc alatt a kemény röntgen, a lágy röntgen és az ultraibolya sugárzás válik uralkodóvá. Ezek az energiák adják a flér teljes kisugárzott energiájának több mint 90 %-át. A kemény röntgen és a lágy röntgen tartományban külön-külön is elérheti a flér a 1034 erg-es energia-kibocsátást. Ilyen nagyenergiájú fléreket legutóbb 1991 júniusában láthattunk, amikor 12 óriás flér tört ki 14 napon belül ugyanabban az aktív körzetben! Ez az időszak a naptevékenység maximumával esett egybe. Ezelőtt 1982 júniusában, 1972 augusztusában figyeltek meg hasonló óriás flér-sorozatot. Ezeknek az óriás fléreknek vizsgálata a flérek eredete szempontjából különleges jelentőségű.
(folyt.köv.) Grandpierre Attila