Novinky
Na čem pracujeme: Co rozlišuje umbru od penumbry sluneční skvrny?
Sluneční fyzikové si už dlouhou dobu lámou hlavu nad tím, co přesně odlišuje konfiguraci magnetického pole v tmavé umbře vyvinuté sluneční skvrny od okolní penumbry. Jan Jurčák ze Slunečního oddělení ASU tomu ve spolupráci s astronomy z Německa a Španělska přišel na kloub. Nalezl jednoduché a robustní kritérium rozlišující umbru a penumbru z hlediska magnetického pole, které platí pro všechny sluneční skvrny.
Sluneční skvrny jsou nejznámějším zástupcem jevů sluneční aktivity – celého komplexu jevů souvisejících s proměnami magnetického pole na Slunci. Skvrny byly na Slunci pozorovány již starými Číňany na počátku letopočtu, pozoroval je i Galileo Galilei svými primitivními dalekohledy a jsou vděčným cílem pro amatérské i profesionální pozorovatele i v dnešní době.
Sluneční skvrna svojí geometrickou konfigurací připomíná pánev ponořenou pod úrovní slunečního povrchu. Dno pánve se nachází až 1000 km pod úrovní okolního „terénu“ a odpovídá nejtmavší pozorovatelné části slunečních skvrn – umbře. Magnetické pole v umbře je ve skvrně nejsilnější, dosahuje indukcí až několika desetin tesla a jeho směr je prakticky vertikální, tedy kolmý k slunečnímu povrchu. Stěny pánve pak odpovídají penumbře, v níž se magnetické pole sklání do roviny fotosféry a je mnohem slabší. Také má výrazně menší indukci. V pánvi převládá tlak magnetického pole nad tlakem plynu, skvrny jsou tedy skutečnými prohlubněmi.
Umbru od penumbry je snadné odlišit pouhým pohledem, neboť jejich přechod je velmi náhlý. Sluneční skvrna je tmavá, neboť silně magnetizované plazma je chladné v důsledku omezení toku tepla z nitra. Proto je snadné definovat hranici umbry a penumbry (U-P hranici) i při počítačovém zpracování slunečních snímků a nejčastěji se volí jako místo, kde průběh jasu prochází hodnotu jedné poloviny jasu klidné fotosféry.
Hledání unikátní vlastnosti U-P hranice bylo věnováno velké úsilí. Jan Jurčák z ASU si v jedné ze svých předchozích prací povšiml, že na U-P hranici spolu velmi úzce souvisí (koreluje) sklon magnetického pole a jeho celková indukce. Čím bylo magnetické pole silnější, tím bylo skloněnější. Větší sklon znamená, že horizontální komponenta má v plném vektoru větší význam. Zdálo se tedy, že na U-P hranici se zachovává jiná veličina, a to hodnota vertikální komponenty indukce.
Unikátnost tohoto parametru bylo třeba ověřit na větší skupině slunečních skvrn. Proto J. Jurčák s kolegy ze zahraničí statisticky studovali hned celou stovku slunečních skvrn pozorovaných spektrografem na japonské družici HINODE, který je napájen 0,5metrovým optickým dalekohledem. Výsledky statistické analýzy byly naprosto jednoznačné. V práci, která byla přijata k rapidní publikaci jako letter v Astronomy&Astrophysics autoři ukazují, že kontura hodnoty vertikálního magnetického pole o hodnotě 1867 gaussů téměř přesně odpovídá poloze U-P hranice pro všechny stabilní konfigurace. Viditelný posun je jen v případě U-P hranice ve skvrně s vývojem (tedy v neustálené konfiguraci) a také u skvrn pozorovaných daleko od středu slunečního disku, kde se očekávají velké zdánlivé efekty způsobené zorným úhlem. Co víc? Tato kanonická hodnota vertikálního pole nezávisí na velikosti skvrny a ani se nemění v průběhu slunečního cyklu.
Zjištěné vlastnosti jsou plně v souladu s dříve navrženým teoretickým modelem tzv. padlé silotrubice. Podle této hypotézy publikované v roce 1992 je plazma vytlačováno podél silotrubice nad sluneční povrch, kde se zářením ochladí. Pro určitou hranici vertikálního pole pak váha plazmatu v trubici překročí napětí v siločarách a trubice se skloní do roviny fotosféry. Pokud ve vznikající póře nepřesáhne indukce vertikálního pole potřebné hodnoty, může být celá póra přeměněna na penumbru – tzv. osamocenou penumbru. I o jedné takové jsme v našem seriálu již psali.
U-P hranice je tedy dobře popsána hodnotou Jurčákova kritéria. Platí univerzálně pro sluneční skvrny. Dá se očekávat, že podobně se budou chovat i skvrny hvězdné, zde ovšem nemáme prozatím k dispozici měření s potřebnou přesností.
Michal Švanda
Citace práce
Jurčák J. a kol., The magnetic nature of the umbra-penumbra boundary in sunspots, Astronomy & Astrophysics v tisku, arXiv:1801.08983
Kontakt: Mgr. Jan Jurčák, Ph. D., jan.jurcak@asu.cas.cz