Hλιος έχει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί ηλιακές κηλίδες στην επιφάνειά του και εξαπολύει ηλιακές καταιγίδες – όπως αυτή που προκάλεσε ένα υπερθέαμα σέλαος στη Γη προ ημερών.
Ωστόσο, το πώς ακριβώς προκαλείται αυτό το μαγνητικό πεδίο μέσα στον Hλιο είναι ένα αίνιγμα που απασχολεί τους αστρονόμους εδώ και αιώνες, από την εποχή ο Γαλιλαίος έκανε τις πρώτες παρατηρήσεις των ηλιακών κηλίδων και του τρόπου μεταβολής τους στην πάροδο του χρόνου, στις αρχές του 1600.
Οι ερευνητές μιας διεπιστημονικής έρευνας προτάσσουν τώρα μία νέα θεωρία για τα μαγνητικά πεδία του Hλιου σε έρευνά τους που δημοσιεύτηκε χθες, Τετάρτη, στο Nature. Σε αντίθεση με προηγούμενες έρευνες που διατύπωναν την υπόθεση πως το μαγνητικό πεδίο του Hλιου προέρχεται από το εσωτερικό του ουράνιου σώματος, πλέον οι επιστήμονες εκτιμούν πως η πηγή του βρίσκεται πολύ πιο κοντά στην επιφάνεια.
«Η εργασία αυτή προτείνει μια νέα υπόθεση για το πώς δημιουργείται το μαγνητικό πεδίο του Hλιου και ευελπιστούμε πως θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ώστε να γίνουν καλύτερες προβλέψεις της ηλιακής δραστηριότητας», σημειώνει ο Ντάνιελ Λεκοουνέτ, επίκουρος καθηγητής Mηχανικών Eπιστημών και εφαρμοσμένων μαθηματικών στη Σχολή Μηχανικών McCormick του Πανεπιστημίου Northwestern και μέλος του Κέντρου Διεπιστημονικής Διερεύνησης και Eρευνας στην Αστροφυσική.
«Θέλουμε να προβλέψουμε αν ο επόμενος ηλιακός κύκλος θα είναι ιδιαίτερα ισχυρός ή ίσως πιο αδύναμος από ό,τι συνήθως. Τα προηγούμενα μοντέλα (που θεωρούσαν πως το μαγνητικό πεδίο προκαλείται βαθιά στο εσωτερικό του Ηλιου) δεν ήταν σε θέση να κάνουν ακριβείς προβλέψεις ή (να καθορίσουν) αν ο επόμενος ηλιακός κύκλος θα είναι ισχυρός ή αδύναμος», πρόσθεσε.
Οι ηλιακές κηλίδες βοηθούν τους επιστήμονες να εντοπίσουν τη δραστηριότητα του Ηλιου. Αποτελούν το σημείο εκκίνησης των εκρηκτικών εκλάμψεων και των επεισοδίων που απελευθερώνουν φως, ηλιακή ύλη και ενέργεια στο Διάστημα. Η πρόσφατη ηλιακή καταιγίδα αποτελεί ένδειξη ότι ο Ηλιος πλησιάζει στο «ηλιακό μέγιστο» – το σημείο του 11ετούς κύκλου του, όπου υπάρχει ο μεγαλύτερος αριθμός ηλιακών κηλίδων.
«Επειδή εκτιμούμε πως ο αριθμός των ηλιακών κηλίδων ακολουθεί την ισχύ του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του Ηλιου, πιστεύουμε ότι ο 11ετής κύκλος των ηλιακών κηλίδων απηχεί έναν κύκλο στην ισχύ του εσωτερικού μαγνητικού πεδίου του», προσθέτει ο ίδιος.
Μαθηματικά μοντέλα
Είναι δύσκολο να δει κανείς τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου του Ηλιου, οι οποίες διαπερνούν την ηλιακή ατμόσφαιρα, σχηματίζοντας ένα περίπλοκο δίκτυο μαγνητικών δομών – πολύ πιο περίπλοκο από το μαγνητικό πεδίο της γης. Για την καλύτερη κατανόηση του πώς λειτουργεί το μαγνητικό πεδίο του Ηλιου, οι επιστήμονες στράφηκαν σε μαθηματικά μοντέλα.
Σε μία επιστημονική πρωτιά, το μοντέλο που ανέπτυξαν ο Λεκοουνέτ και οι συνάδελφοί του, εξηγεί ένα φαινόμενο που ονομάζεται «στρεπτική ταλάντωση» (torsional oscillation) – τις μαγνητικά καθοδηγούμενες ροές αερίου και πλάσματος μέσα και γύρω από τον Ηλιο που συμβάλλουν στον σχηματισμό ηλιακών κηλίδων.
Σε κάποιες περιοχές, η περιστροφή του ηλιακού αυτού χαρακτηριστικού επιταχύνεται ή επιβραδύνεται, ενώ σε άλλες παραμένει σταθερή. Οπως και ο 11ετής ηλιακός μαγνητικός κύκλος, οι στρεπτικές ταλαντώσεις παρουσιάζουν επίσης έναν 11ετή κύκλο.
«Η ηλιακή παρατήρηση μάς δίνει μια καλή ιδέα τού πώς κινείται η ύλη στο εσωτερικό του Ηλιου. Για τις υπερυπολογιστικές μας μετρήσεις λύσαμε εξισώσεις για να καθορίσουμε πώς αλλάζει το μαγνητικό πεδίο μέσα στον Ηλιο λόγω των παρατηρούμενων κινήσεων. Κανείς δεν είχε κάνει αυτόν τον υπολογισμό στο παρελθόν, επειδή κανείς δεν ήξερε πώς να τον εκτελέσει», σημειώνει ο Λεκοουνέτ.
Οι υπολογισμοί της ομάδας έδειξαν ότι μαγνητικά πεδία μπορούν να δημιουργηθούν περίπου 32.100 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια του Ηλιου, δηλαδή πολύ πιο κοντά στην επιφάνεια από ό,τι εθεωρείτο μέχρι πρότινος. Προηγούμενα μοντέλα υπολόγιζαν το βάθος αυτό πολύ μεγαλύτερο, γύρω στα 210.000 χιλιόμετρα.
«Αστροφυσικό αίνιγμα»
Οπως σημειώνει ο Λεκοουνέτ, μια σημαντική ανακάλυψη ήταν η ανάπτυξη νέων αριθμητικών αλγορίθμων για την εκτέλεση των υπολογισμών, κάτι που αποτελούσε αυτό καθ’ αυτό μια σοβαρή πρόκληση. Χρειάστηκαν πάνω από δέκα χρόνια για την ανάπτυξη των αλγορίθμων, ενώ για τη διεξαγωγή των προσομοιώσεων χρησιμοποιήθηκε ένας ισχυρός υπερυπολογιστής της NASA.
H ομάδα πρόσθεσε ένα «συστατικό-πρόκληση στν θεωρητικό μείγμα που θα μπορούσε να αποδειχθεί κλειδί για την επίλυση αυτού του αστροφυσικού αινίγματος», τόνισε η Ελεν Τσβάιμπελ, καθηγήτρια Αστρονομίας και Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Γουισκόνσιν-Μάντισον.
