Novinky

Na čem pracujeme: Model expanze oblaků ve slunečním větru

Slunce ovlivňuje meziplanetární prostor nejen gravitačně, ale i prostřednictvím projevů sluneční aktivity. Vyvržené oblaky horkého slunečního plazmatu jsou rizikem pro pozemské technologie, na nichž je naše civilizace závislá. Předpovědi těchto výronů slunečního plazmatu jsou však značně nepřesné. Větších úspěchů dosahují snahy modelovat cestu a vývoj plazmových oblaků meziplanetárním prostorem. K tomu přispěl svým modelem i Marek Vandas z ASU. 

Magnetické oblaky byly objeveny v 70. letech 20. století a jsou definovány jako oblast ve slunečním větru, v níž je magnetické pole silnější než v okolí, protonová teplota nižší než v okolí a směr magnetické pole se v rámci oblaku spojitě mění o velký úhel (často i o 180 stupňů). Specifický průběh magnetického pole dává tušit, že oblak je vlastně samostatně existujícím objektem a s běžným slunečním větrem má pramálo společného. Panuje přesvědčení, že tyto oblaky souvisejí především se slunečními erupcemi, při nichž jsou v průběhu rekonexe magnetického pole odvrženy vnější části magnetické smyčky vyplněné slunečním plazmatem.

Na své cestě však podléhá změnám v důsledku nejrůznějších fyzikálních procesů. Jedním z těch důležitých je postupné rozpínání oblaku. To lze očekávat i z pouhé logiky věci: zatímco během erupce je vyvržený oblak jistě menší než rozměr slunečního tělesa, v okolí Země již trvá průchod oblaku měřicím zařízením (umístěným na družici) i den, což značí rozměr v desetinách astronomické jednotky. Expanze oblaku se projevuje i jinak, např. poklesem rychlosti během průchodu měřicím bodem nebo již zmíněnou nižší protonovou teplotou.

Pro posouzení vlivu magnetického oblaku na okolí Země je přímo kritické správně odhadnout míru jeho expanze při letu meziplanetárním prostorem. Jednou z možností jsou složité a náročné numerické magnetohydrodynamické modely. Možností druhou je odhad zjednodušeným modelem, jehož výpočet trvá krátkou dobu a pro prvotní posouzení možných dopadů je dostačující. Druhou cestou se vydal Marek Vandas z ASU společně z kolegy z univerzit v Houstonu a Athénách. Modelovali plazmový oblak jednoduchým geometrickým tvarem a prověřovali tento model na měřeních z kosmických družic.

Tento přístup není zcela novým, v literatuře nalezneme obdobné pokusy připodobnit plazmový oblak válci se zvětšujícím se kruhovým průřezem. Oblak je sice stále spojen se Sluncem a na velkých rozměrech tak neustále připomíná smyčku, avšak její zakřivení v blízkosti Země je již malé a tak připodobnění válcem je dostačující. Výsledky starších modelů byly ale často rozporuplné, svědčící například o smršťování oblaku místo jeho rozpínání, což je jev v daném fyzikálním systému sice ne vyloučený, ale neobvyklý. M. Vandas a kolegové tvar zobecnili a modelovali průřez nalétávajícího magnetického oblaku skloněnou elipsou.

Svůj model použili na tři desítky průletů plazmových oblaků zanesených v katalogu pocházejícím z měření družice Wind, kterou najdeme v libračním bodě L1, 1,5 milionu kilometrů od Země směrem ke Slunci. Své výsledky porovnávali s výsledky staršího modelu. Ukazují, že v mnoha případech dojde k zlepšení popisu reálně zaznamenaných parametrů, pokud je v modelu použit eliptický průřez. V několika případech použití obecnějšího tvaru odstraní známky zdánlivého smršťování oblaku; podle novějšího modelu pak takový oblak v souladu s očekáváním expanduje.

Rychlé analytické modely sice neposkytují potřebnou detailní přesnost v popisu šíření poruch slunečního větru. Ale svoji vypovídací hodnotu jistě mají. Jejich hlavní devizou je především rychlost. A ta se v oboru kosmického počasí také cení.

Michal Švanda

Citace práce

Vandas, M., Romashets, E., Geranios, A., Modeling of magnetic cloud expansion, Astronomy&Astrophysics 583 (2015) A78

Kontakt: RNDr. Marek Vandas, DrSc., vandas@asu.cas.cz