Megjelenik: Harmadik Szem, 1999/12

Új Tudomány Új Csillagászat

A Nap életközpontja – 5. rész

Erők viszonya a napkitörés kezdetén

Amikor a Nap kitörésre készülődik, ennek első jele a napfelszínből kiemelkedő mágneses erővonal-köteg. Ez az erővonal-köteg, ez a mágneses cső egy gumiszalag-hoz hasonlítható, amit minden jel szerint alulról tol ki felfelé valamiféle, eddig fel nem ismert erő. A mágnescső felett gyakran figyelhető meg egy anyagfonal, anyagsűrűsödés, sötét csíkként a cső felett ívelve. A kitörés előtt pár perccel ez az anyagszál is emelkedni kezd. Ez két jelenség. Mindkettő emelkedést, gyorsuló emelkedést mutat, ahogy közeledik a kitörés ideje. De melyik az ok, és melyik az okozat? A ma általános vélekedés szerint az anyagszál emelkedése okozza a kitörést. Hogy a kérdést eldönthessük, vizsgáljuk meg, milyen erők hatnak az anyagszálra és a mágnescsőre. Mindkettőben erős áramok folynak. A középiskolai fizikaórákon tanítják, hogy két áram között erőhatás lép fel. Ha a két áram párhuzamos, akkor vonzó, ha ellentétes irányú, taszitó az erőhatás. Az áramok irányát nem ismerjük. Mégis, következtetni lehet az eredményből, a megfigyelésekből arra, vonzó vagy taszító erőhatás áll fenn a két képződmény között. Ha taszító lenne az erő, akkor az egyiket felfelé, a másikat lefelé mozgatná. Mivel azonban a két képződmény mindegyike felfelé, szinte egymáshoz kötve mozog. Ha vonzaná egymást a két képződmény, akkor a felsőre lefelé, az alsóra felfelé irányuló erőhatás lépne fel. Mivel azonban a felső felfelé mozog, taszító erőhatás kell fennálljon közöttük. Akkor viszont az alsó mágnescsőre lefelé irányuló erő hat az anyagszál árama által. Ha mégis felfelé mozog, akkor egy ennél nagyobb erőnek kell a mágnescsövet felfelé mozgatnia! És akkor az alsó mágnescsövet mozgató erőhatás kell legyen a napkitörés mozgatóereje! Hogy melyik a kezdeményező fél, az az energiaviszonyokból is kiderül. Az alsóbb mágnescső árama és energiája a nagyobb. Ha a felső anyagszál indítaná a kitörést, kisebb energiája miatt nem lenne képes olyan nagy energiát adni a kitöréshez, mint amit megfigyelünk. Az alsó mágnescső mozgási és elektromágneses energiája viszont képes a napkitörés teljes energiájáról gondoskodni. Így tehát a napkitörések beindításában az alsó mágnescsövet felfelé mozgató erő játssza a kulcs-szerepet! A napkitörések tehát az általánosan elfogadott képpel szemben nem lehetnek a felfelé mozgó anyagszál gyenge áramának következményei. Fordítva, a napkitöréseket a Nap belsejéből induló, a mágnescsövet a felszínre kiemelő erő idézi elő!

A mágnescsövek mozgása a napkitörés idején

Az utóbbi évtizedekben sajnos nem fordítottak megfelelő figyelmet a mágnescsövek és az anyagszálak mozgásának tanulmányozására. Annyi azonban bebizonyosodott, hogy a napkitörések előtt 10-20 perccel mindkettő szinte áll, sebességük szinte nincs. Azonban ahogy közeledik a napkitörés beköszöntésének ideje, mindkettő gyorsulni kezd felfelé, és másodpercenként néhány kilométeres sebességről a napkitörésk kezdetére kb. másodpercenként 10 kilométeres sebességre gyorsulnak fel. Ez pedig azért különösen érdekes, mert a Nap felszínén a helyi hanghullámok terjedési sebessége éppen 10 km/mp. Vagyis a napkitörések kezdetére a képzódmények mozgása éppen eléri a hangsebességet. Azt viszont a földi repülőgépek építői is jól tudják, hogy a hangsebesség egy kritikus küszöb-sebesség. Ha egy repülő eléri a hangsebességet, orránál összetorlódnak a repülőgép előrehaladása által keltett anyagsűrűsödési hanghullámok. Ha pedig összetorlódnak, nagy sűrűséget érnek el, és a sűrűségnövekedés rohamosan egy robbanásszerű jelenséget vált ki: a hangrobbanást. Ezért hallunk a szuperszonikus, azaz hangsebességet átlépő repülőktől jellegzetes dörejt: ez a hangrobbanás döreje. Felfedeztem, hogy ezért a Napon fellépő hangsebességű mozgások is robbanásra kell vezessenek! Lehet, hogy a Nap hangsebességű mozgásai, és a fellépő hangrobbanás kapcsolatban áll az ugyanekkor és ugyanitt fellépő napkitörésekkel? Ezt a kérdést alaposabban is érdemes megvizsgálni.

A napkitörések előtt fellépő gyorsuló, felfelé irányuló mozgás létrehozásához egy alulról felfelé irányuló mozgató erőre van szükség. A mágnescső tömegének ismeretében kiszámolható, mekkora erőre van szükség a megfigyelt gyorsításhoz. Ez az erő lehet az, ami a mágnescsöveket létrehozza. Tudjuk, hogy a Nap a Földhöz hasonlóan általános mágneses térrel rendelkezik, teste egészét átjárják a mágneses erővonalak. Ha létezik ilyen alulról felfelé irányuló erőhatás, a Nap belsejéből kifelé anyagot mozgatva, akkor ez az anyagkiáramlás szükségképpen össze kell nyomja kifelé áramlása során a maga előtt található mágneses erővonalakat. És ahogy ezeket összenyomja, létrejön nemcsak maga a mágnescső az erővonalak összepréselődésével, hanem egyben a mágnescső emelkedést is előidézi. A mágnescső léte, a napfoltok léte és a mágnescső emelkedése tehát egyetlen jelelnség következménye: a Nap belsejéből a Nap felszíne felé mozgó anyagáramlásra.

A helyzet világosnak tűnhet. A napkitörések, amik mindig a napfoltok között lépnek fel, a napfoltokat összekötő mágnescső tetején jelentkeznek, ennek a kiáramlásnak a következményei. Azonban mindmáig, úgy tűnik, nem figyeltek meg ilyen nagysebességű anyagáramlásokat a napkitörések idején. Annak idején, amikor erre rájöttem, egy konferencián megkérdeztem egy híres Nap-megfigyelő cseh csillagászt, Vaclav Bumbát, nem látott-e éppen a napkitörések előtt és ezek beindulásakor hirtelen fellépő, 10 km/s sebességű anyag-feláramlásokat. Azt válaszolta, ilyet nem figyelt meg. Majd pontosított, ilyenre nem emlékszik. Kicsit elgondolkozott, s hozzátette, hogy tulajdonképpen ilyeneket nehéz megfigyelni, de az ő legalaposabb megfigyeléseikor érdekes módon észrevette, hogy pontosan a napfoltok között, közvetlenül a kitörések előtt éppen ilyen sebességű áramlásokat észlelt, ezeket publikálta is egy orosz nyelvű cikkében. De azóta elfelejtette, nem foglalkozott vele, mert mások hasonló észleléseiről nem tud. Parányi nyomnak tűnt ez, és mivel én sem bukkantam más hasonló eredményre, egy időre elfelejtkeztem erről magam is. Pár évvel később azonban Bumba újabb hasonló észlelésekről adott hírt. Nemrég egy amerikai kutatócsoport (Canfield et al., 1994) – anélkül, hogy Bumba eredményeiről tudott volna – újra észlelte ugyanezt a jelenséget. Sőt, a mágneses csövek vizsgálatából a krími obszervatórium világhírű vezetője, Severny (1969) is arra az eredményre jutott, hogy a legvalószínűbb, hogy a mágneses csöveket valamiféle erő alulról felfelé nyomja, ahogy a napkitörés időpontja felé közeledünk. Nemrég egy régi cikk került a kezembe. Ebben Schmidt (1964) kifejtette, hogy a mágneses csövek mozgása “egy rendkívül valószínűtlen kapcsolatot mutat az anyagáramlások és a mágneses csövek között. Olyan, mintha egy alulról felfelé irányuló anyagáramlás tolná maga előtt a mágnescsövet”. Ezt azért tartották valószínűtlennek, mert ritkán volt kimutatható. De azért mutatható ki ritkán, mert ritkán végeztek olyan észleléseket, amik épp a Nap felszínének jellegzetes viszonyainak alapos vizsgálatára alkalmasak. A Nap légkörének minden egyes rétege más-más színképvonal tanulmányozásával vizsgálható. Ezért ha a kutatók abban a hiszemben járnak el, hogy a napkitörések nem alulról, hanem felülről indulnak, nem vizsgálják meg épp a Nap felszínét mutató színképvonalakat. Így viszont nem bukkanhatnak rá azokra a jelekre, amik a napfelszín kitörés előtti mozgásait mutatják. Jó példa ez arra, hogy egy előzetes feltevés milyen mértékben képes a figyelmet elterelni a kulcsfontosságú jelenségekről.

Mégis, időről időre egyes vizsgálatok jelezték, hogy a Nap kitörései előtt a napfoltok között, a Nap felszínén (a fotoszférában) hirtelen óriási hőenergia szabadul fel, akkora, ami vetekszik a Nap magasabb rétegeiben, a flérkörzetben felszabaduló energiával. Ebből Machado és Linsky 1975-ben és később a napfizika egyik legnagyobb tekintélyű kutatója, a cseh származás Zdenek Svestka 1976-ban arra a következtetésre jutottak, hogy a napkitörések energiáját egy a felszín alól induló folyamat kell fedezze. Ezek a felvetések azonban mindmáig szórványosak maradtak, és nem voltak képesek magukra hívni a napfizikusok figyelmét. Túl mélyen beivódott a kutatókba a napkitörések külső, felülről induló elképzelése ahhoz, hogy ezen változtatni tudjanak. De nemrég végre minden eddiginél alaposabb, konkrétan a Nap felszíni rétegeire irányuló kutatások indultak be Ukrajnában. Alikaeva és munkatársai azt a célt tűzték ki maguknak, hogy megvizsgálják a napkitörések előtt és alatt a napfelszín viselkedését a flér körzetében. Arra az eredményre jutottak, hogy már a flér beindulása előtt 10 órával megfigyelhető a leendő flérkörzet alatti, felszíni rétegek jelentős melegedése, mégpedig jellemzően ez a körzet 100-150 fokkal melegebbé válik környezeténél. Ha egy körzet melegebbé válik, rendszerint megnő a nyomása, tehát kitágul, és így ritkábbá válik, sűrűsége lecsökken. Csakhogy a felszíni flérkörzet éppen fordítva, sűrűbbé vált, mégpedig jelentős mértékben, 5-20%-kos sűrűségnövekedést mutatva! Ehhez gyors anyagbeáramlásra van szükség, ami újabb jele annak, hogy a napfelszín kitörési körzetébe gyorsan anyag áramlik be. A napkitörés kezdetekor pedig ezek a környezettől mutatkozó eltérések hirtelen, ugrásszerű növekedést mutattak (Alikaeva et al., 1993)! A felszíni flérkörzet összes fizikai jellemzője hirtelen, gyors, jelentős ingadozásba kezdett! Ez pedig egy eddig ismeretlen jelenségre, gyors anyagfeláramlásra utal. Hogy ez a gyors anyagfeláramlás miért nem látszik tisztán a napfelszín felsőbb rétegeiben, rejtélynek látszik. Ugyancsak rejtély, hogyan képes az anyagfeláramlás az összes fizikai jellemző gyors ingadozását kiváltani.

Abból a tényből, hogy az anyagfeláramlás csak a felszín mélyrétegeiben jelentős, arra következtettem, hogy az anyagfeláramlás a felszín mélyrétegei felett leáll. De mitől állhat le? Erre a választ akkor kaptam meg, amikor összevetettem a mágnescső észlelt sebességét a hangsebességgel. Mivel a mágnecső hangsebességgel mozog, és az alulról jövő anyagáramlás hajtja, ezért az alulról jövő anyagáramlás sebessége is hangsebességű kell legyen. Ha pedig hangsebességű, hangrobbanást kell kiváltson. A hangrobbanás viszont szét kell rombolja a nagysbességű, feláramló anyag-elemeket, hiszen azok a Nap felszínén emelkedő gáz-buborékokat jelentenek, és egy gáz-buborék nem képes túlélni a hangrobbanást úgy, ahogy azt egy erősen megépített, szilárd szuperszonikus repülőgép túléli! Mi történik ekkor? A hangrobbanás, az összetorlódó sűrűség-hullámok a buborék számára áthatolhatatlan sűrűségű anyagfalat állítanak. A buborék szétrombolódik ebbe a falba ütközve. Ahogy e falba lövődik, teljes mozgási energiája hirtelen felszabadul, és a vékony lökéshullám frontjában tartózkodó anyagrészecskéknek adódik át. Mivel a lökésfront vékony, ezért a hatalmas, nagy kiterjedésű buborék energiája hirtelen egy vékony frontban tartózkodó, jóval kevesebb részecskének adódik át. Így viszont az energia összpontosul, vagyis a kevesebb számú részecske jóval nagyobb sebességre gyorsul fel, mint maga a buborék! A buborék hangrobbanása tehát különös átalakulásra vezet: egy darabig a buborék mozog, aztán ott a hangrobbanás lökésfrontjától kezdve már nem a buborék mozog tovább, hanem egy részecske-áram lövődik ki jóval nagyobb sebességgel felfelé! És ezzel ölünkbe hullik a napkitörések kulcsa. A napkitörések leglátványosabb jelensége ugyanis a Nap külső rétegében, a mágnescső tetején jelentkezik. És ennek okára természetes magyarázatot találtunk: a Nap felszínén mutatkozó napfoltok közül egy egyébként csak nehezen megfigyelhető részecskenyaláb lövődik felfelé. Ez a részecskenyaláb egyenesen a mágnescső tetejébe kell ütközzön. És ha oda ütközik, ott a mágneses cső hirtelen lefékezi a részecskék mozgását, és a részecskék energiája hirtelen, villanásszerű fénykibocsátással jár!

Ezek a kutatások, úgy tűnik, megdöntik azt a közkeletű elképzelést, hogy a napkitörések csakis a naplégkör külső, helyi jelenségei lehetnek. Emellett váratlanul megnyitnak egy eddig nem sejtett utat a Nap belső öntevékenységének, a Nap belső dinamikájának, a Nap szívének tanulmányozása felé.

(folyt. köv.) Grandpierre Attila