Ebatavaliselt troopilisel hommikul San Francisco lahe piirkonnas hiilgab maapind kuumalainete käes ja ilma taevata on võimatu taevasse vaadata. Kuid tõeline kuumus on Lockheed Martin Solari ja Astrofüüsikalabori sees Palo Altos. Seal, arvutiprotsessoritega laotud pimedas ruumis täidab kõrglahutusega vaade Päikesele üheksa ühendatud teleriekraani, et luua seitsme jala laiune teatrikvaliteediga päikese ekstravagants.
Sellest loost
[×] SULETUD
VIDEO: Päikese kasutamine muusika tegemiseks
[×] SULETUD
Uued teleskoobid on andnud teadlastele enneolematu vaate Päikesele, aidates neil paremini mõista päikese aktiivsust
Video: hämmastav pilk päikesekelladele
Seotud sisu
- Päikese keerlevad imelised rohelised gaasid
- Hispaania läbimurre päikeseenergia rakendamisel
- Fantastilised fotod meie päikesesüsteemist
Päikesefüüsik Karel Schrijver annab käsu näituse alustamiseks: kiirendatud film plahvatuste jadast, mis tabas Päikest 1. augustil 2010. “See on üks uimastamisväärseimaid päevi, mida ma kunagi Päikese peal näinud olen, ” räägib Schrijver . Ta on juba kaks aastakümmet vaadanud meie lähimat tähte.
"Alguses otsustab see väike piirkond, et see pole rahul, " ütleb ta, kõlades nagu päikeseneuroosidega toimetulev astronoomiline psühhiaater. Ta osutab helkurile, valkja valguse tagasihoidlikule spasmile. “Siis hakkab see läheduses olev piirkond õnnetuks minema ja see puhkeb. Siis purskab tohutu hõõgniit ja lõikab seda läbi [magnetvälja] nagu nuga. Me näeme seda hõõguva materjali kaari ja see kasvab aja jooksul. Väike hõõgniit kaare all ütleb: "Mulle ei meeldi see natuke", see muutub ebastabiilseks ja kustub. "
Kes teadis, et Päikesel on nii palju isiksust?
Tundide jooksul - mis kulub digitaliseeritud taasesituses kuni minutiteni - ärritub suur osa selle magnetväljast, ”ütleb Schrijver, ja korraldab end ümber, vabastades põletatud raketid ja suured magneeritud gaasi röhvid. Ahelreaktsioon on erksam kui ükski Hollywoodi kujutus. "Kui me neid filme esimest korda kolleegidele näitame, " ütleb Schrijver, "on professionaalne väljendus üldiselt" Vau! ""
Piltide torrent pärineb kõigi aegade kõige arenenumalt satelliidilt Päikese uurimiseks: NASA Solar Dynamics Observatory ehk SDO. SDO, mis avati 2010. aasta veebruaris, vahib tähte tähelt punktist 22 300 miili kõrgusel Maa kohal. Satelliidi orbiit hoiab seda New Yorgis asuvat kahte raadioantenni silmas pidades ühtlasel kohal. Iga sekund, 24 tundi ööpäevas, edastab SDO maapinnale 18 megabaidi andmeid. Kõrgresolutsiooniga pildid, aga ka kaardid Päikese piinatud magnetväljadest, näitavad päikesepiste generatsiooni ja nende puhangute algust.
See päikesefilm peaks pakkuma uut teavet kosmose ilmastiku kohta - mõju, mida Maa peal tunneb, kui Päikese väljutamine suundub meie poole. Vahel on ilm sajuta. 1. augustil 2010 puhkesid pursked Ameerika Ühendriikide kohal värvikirevaid aurora borealisi vaateid kaks päeva hiljem, kui Maa magnetvälja häiris kiiresti laetud gaasi torm. Kuid kui Päike vihastab, võivad virmalised anda märku võimalike ohtude keelamisest.
Kõige intensiivsem päikesetorm, mis eales olnud, tabas 1859. aasta suvel. Briti astronoom Richard Carrington vaatas 1. septembril hiiglaslikku päikesepiste võrku, millele järgnes kõige intensiivsem leek, millest eales teatatud. 18 tunni jooksul oli Maa magnetilise piiramise all. Pimestavad virmalised hõõgusid nii kaugele lõunasse kui Kariibi meri ja Mehhiko ning sädemed tekitasid juhtmed sulgesid telegraafivõrgud - päeva Interneti - kogu Euroopas ja Põhja-Ameerikas.
1921. aastal aset leidnud magnettorm koputas New Yorgi raudteeliinide signaalsüsteemi välja. 1989. aasta märtsi päikesetorm raputas Quebeci elektrivõrku, jättes miljonid kliendid üheksaks tunniks elektrienergiat ostmata. Ja 2003. aastal põhjustas mitu tormi Rootsis elektrikatkestusi, hävitas 640 miljoni dollari väärtuses Jaapani teadussatelliidi ja sundis lennuettevõtjaid suunama lennud põhjapoolusest eemale, makstes igaüks 10 000–100 000 dollarit.
Meie kaasaegne, ülemaailmselt ühendatud elektrooniline ühiskond sõltub nüüd kaugeleulatuvatest trafodest ja satelliitide sülemitest, et Päikesest tulenev suur lööklaine võib selle suure osa maha viia. Riikliku teadusagentuuri 2008. aasta aruande kohaselt võib 1859. või 1921. aasta sündmuste suurune päikesetorm põhjustada satelliitide hävitamist, keelata sidevõrgud ja GPS-süsteemid ning praadida elektrivõrgud maksumusega 1 triljon dollarit või rohkem.
"Meie ümbritsev ruum pole meie tehnoloogia jaoks nii healoomuline, sõbralik ja kohanemisvõimeline, kui me eeldasime, " ütleb Schrijver.
Dokumenteerides nende tormide päritolu enneolematult detailselt, annab SDO uurijatele oma parima võimaluse veel mõista Päikese hävitavaid võimeid. Eesmärk on ennustada kosmose ilma - lugeda Päikese tujusid piisavalt kaugele ette, et saaksime nende vastu ettevaatusabinõusid rakendada. Edu saavutamine sõltub päikese pinna läbi vaatamisest, et näha magnetpuhanguid nende tekkimise ajal, samamoodi nagu meteoroloogid kasutavad pilve läbistavat radarit, et näha tornaado märke enne, kui see maapinnale möirgab.
Kuid praeguseks on Päikese tegevus nii keeruline, et selle krambid häirivad väljaku tippsündmusi. Kui SDO teadlane Philip Scherrer Stanfordi ülikoolist palus selgitada füüsikat, mis Päikese vägivalda juhib, ei ütle ta ühtegi sõna: "Me põhimõtteliselt ei tea."
Meie vanemtäht on kõigest kaheksa minuti kaugusel, sest tuli lendab. Päike saab teleskoobi aega rohkem kui ükski teine kosmoses olev objekt ja uurimistöö on globaalne ettevõtmine. SDO-le eelnenud edukaim satelliit, NASA ja Euroopa Kosmoseagentuuri ühine missioon nimega Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), saadab Päikesest ikkagi pilte 15 aastat pärast selle käivitamist. Kosmoses asuv väiksem maadeavastaja, Hinode, on Jaapani ja NASA koostöö, mis uurib, kuidas Päikese magnetväljad energiat salvestavad ja vabastavad. Ja NASA maapealsete suhete vaatluskeskuse (STEREO) missioon koosneb kahest peaaegu identsest satelliidist, mis rändavad Maa orbiidil, üks meie planeedi ees ja teine taga. Satelliidid võimaldavad teadlastel luua päikesest väljutamise 3D-pilte. Päikese vastaskülgedel tegid nad möödunud aasta veebruaris esimese pildi kogu Päikese pinnast. Maapinnal uurivad teleskoobid Kanaari saartel, Californias ja mujal Päikest tehnikaga, mis välistab Maa atmosfääri häguse mõju.
Päike on keerlev gaasiball, mis on piisavalt suur, et sisaldada 1, 3 miljonit Maad. Selle tuum on tuumasünteesiahi, mis teisendab temperatuuril 28 miljonit Fahrenheiti igal sekundil 655 miljonit tonni vesinikku heeliumiks. See sulandumine loob energia, mis jõuab lõpuks meile päikesevalgusena. Kuid Päikese tuum ja sisemised kihid on nii tihedad, et energia fotoni võitmiseks vaid kahe kolmandiku väljapääsuga võib kuluda miljon aastat. Seal jõuab see sinna, mida päikesefüüsikud nimetavad „konvektiivseks tsooniks“. Selle kohal on õhuke kiht, mida me tajume Päikese pinnana. Päikesegaasid ulatuvad kosmosest kaugemale sellest nähtavast servast lõõskavas kuumas atmosfääris, mida nimetatakse koroonaks. Kogu päikesesüsteemi kaudu puhub nõrk päikesetuul.
Eriti huvitavaks lähevad asjad konvektiivtsoonis. Laetud gaasi hiiglaslikud güreesid tõusevad ja kukuvad nagu keeva veega potis ainult turbulentsemad. Päike pöörleb erineva kiirusega - umbes üks kord iga 24 päeva tagant ekvaatoril ja aeglasemalt, umbes iga 30 päeva tagant, selle poolustel. See kiiruse erinevus lõikab gaasi ja segab selle elektrivoolusid, toites Päikese magnetvälju. Üldisel magnetväljal on suund, täpselt nagu Maa põhja- ja lõunapoolused meelitavad meie kompasse. Päikese väli on aga täis kurve ja keerdkäike ning iga 11 aasta tagant ta tiirleb: põhjapoolusest saab lõuna, siis jälle 11 aastat hiljem põhja. See on dünaamiline tsükkel, millest teadlased täielikult aru ei saa, ja kõige olulisem on Päikese käitumise mõistmise keskmes.
Nende klapide ajal muutub Päikese sügav magnetväli tõeliselt tuhmiks. See tõuseb üles ja torkab läbi nähtava pinna, et tekiks päikesepunkte. Need tumedad gaasilaigud on jahedamad kui ülejäänud Päikese pind, kuna sõlmelised magnetväljad toimivad tõketena, takistades osa Päikese energiast kosmosesse pääseda. Päikesepunktide põllud võivad purskama. Päikesepiste kohal paiknevad Päikese magnetvälja silmad ja keerduvad läbi koroona. Need kortsud süütavad plahvatused Lockheedi videoekraanidel Palo Altos.
Schrijver ja tema boss Alan Title on töötanud koos 16 aastat, piisavalt kaua, et üksteise lauseid täita. Nende rühma uusim looming, Atmospheric Imaging Assembly - neljast teleskoobist koosnev komplekt, mis pildistab miljoni kraadi kraadiseid gaase koroonas - on üks kolmest SDO-s kasutatavast instrumentist. NASA võrdleb seda IMAX kaameraga Päikese jaoks.
"See õhku puhutav gaasimull on 30-kordne Maa läbimõõt, liikudes miljoni miili tunnis, " ütleb Title, osutades ekraanil SDO püütud laienevale punasele pöörisele varsti pärast satelliidi käivitamist. Ja märgib ta peaaegu juhuslikult, et see oli üsna väike purse.
Magnetväljad hoiavad Päikese gaase ühel joonel, kui need kosmosesse kaarduvad, väidab Pealkiri, nagu ka baarimagnet paneb raua viilud ilusaks mustriks. Mida segamini põllud muutuvad, seda stabiilsemaks nad jäävad. Päikesepursked toimuvad siis, kui magnetväljad kärbuvad uude mustrisse - sündmus, mida füüsikud nimetavad taasühendamiseks.
Tüüpiline Maa poole paisatud päikesepudel, mida nimetatakse koronaalseks massieemalduseks, võib sisaldada kümme miljardit tonni laetud gaasi, mis võisteldakse kogu kosmoses. "Peate ette kujutama jõudude komplekti, mis on piisav, et lasta kogu Mississippi jõe vesi 3000–30 korda kiiremini välja kui reaktiivlennuk lendab, 15–30 sekundiga, “ ütleb ta, peatades hetke, et lasta sellel vajuda sisse . "Maal pole sellele vastavat. Meil on raskusi nende protsesside selgitamisega. ”
Varasemad päikesemissioonid tegid suurte koronaalmassiheidete häguseid pilte. Teised teleskoobid suumisid suuremate detailideni, kuid need võiksid keskenduda ainult väikesele osale Päikesest. SDO kogu Päikese poolkera kõrge eraldusvõime ja selle kiire tulekahju salvestused näitavad, kuidas pind ja atmosfäär muutuvad minutist minutini. Mõned omadused on nii ootamatud, et teadlased pole neid veel nimetanud, näiteks korgitseritaoline gaasimuster, mille Schrij-ver ekraanil sõrmega jälgi jätab. Ta arvab, et see on spiraalselt liikuv magnetväli, mis on nähtav selle serva pidi ja paisub kosmosest läbi gaasi. "See on nagu [gaasi] tõstetakse troppidesse, " ütleb ta.
Enne kui missioon oli aasta vana, olid teadlased analüüsinud sadu sündmusi, mis hõlmasid tuhandeid tunde. (Nad leidsid, et 1. augusti purse oli ühendatud sadade tuhandete miilide pikkuste magnetiliste „rikketsoonidega”.) Meeskond töötab NASA ja mujalt surve all, et kosmoseilma paremini prognoosida.
"Hea issand, see on keeruline, " ütleb Schrijver, mängides teisel päeval Päikese meeleolust filmi. "Päikesel pole vaikne päev."
Mõne miili kaugusel Stanfordi ülikoolilinnakus maadleb päikesefüüsik Philip Scherrer sama küsimusega, mis animeerib Lockheed Martini gruppi: kas me suudame ennustada, millal Päike kataklüsmiliselt laob gaasi maa poole? "Tahaksime anda hea hinnangu selle kohta, kas antud aktiivne piirkond tekitab rakette või massilisi väljaheiteid või kas see lihtsalt kaob, " ütleb ta.
Scherrer, kes kasutab televiisori vastuvõtuks satelliidi allalüli, selgitab kosmose ilmastiku mõju, meenutades 1997. aasta sündmust. “Ühel laupäeval ärkasime üles ja kõik, mida nägime, oli hämar, ” räägib ta. Koronaalne massist väljutamine oli eelmisel õhtul Maast mööda ujunud. Ilmselt võttis magnetpilv välja Telstar 401 satelliidi, mida kasutasid UPN ja muud võrgud.
"Ma võtsin seda isiklikult, sest see oli" Star Trek "[ma ei saanud vaadata], " ütleb Scherrer vihase naeratusega. "Kui see oleks juhtunud Super Bowli hommikul, oleksid kõik sellest teada saanud."
Scherreri meeskond ja Lockheed Martini insenerid töötasid välja SDO helioseismilise ja magnetilise pildimaterjali, instrumendi, mis proovib Päikese kloppimise sisemusse ja jälgib magnetvälja suunda ja tugevust, luues mustvalged kaardid, mida nimetatakse magnetogrammideks. Päikesepiste lisamisel näitavad kaardid magnetilist rahutust Päikese atmosfääri kaarekujuliste ehitiste alustel.
Instrument mõõdab ka vibratsiooni Päikese pinnal. Maal mõõdavad seismoloogid pinna vibratsiooni, et paljastada maavärina rikked ja kaugel maa all olevad geoloogilised struktuurid. Päikesel ei teki vibratsiooni mitte päikesevärinatest, vaid pulsatsioonist, mida põhjustavad pinnal üles-alla kiirusega umbes 700 miili tunnis liikuvad gaasid. Kui iga gaasiprits langeb alla, liigutab see helilaineid Päikesesse ja nad viskavad kogu tähe. Scherreri seade mõõdab neid vibratsioone kogu Päikese näos.
Võtmeks, nagu ütleb see teadus, on helioseismoloogia juhtiv ekspert Scherrer, kuna see teadus on teada, et helilained liiguvad kiiremini läbi kuumema gaasi, näiteks turbulentsed sõlmed pinna all, mis sageli eeldab päikesepaiste. Helilained kiirenevad ka siis, kui nad liiguvad samas suunas voolavate gaaside kaudu. Kuigi need mõõtmised loovad matemaatilisi õudusunenägusid, saavad arvutid luua pilte Päikese pinna all toimuvast.
Sel viisil saab Scherreri meeskond tuvastada päikesepiste Päikese kaugemal küljel, enne kui nad pöörduvad vaatevälja ja enne, kui nad on võimelised kahjulikke osakesi ja gaasi Maa poole suunama. Teadlased loodavad ka märgata aktiivseid piirkondi, mis mullivad Päikesest päev või rohkem, enne kui need on päikesepunktidena nähtavad.
Need tehnikad pakuvad eelseisvaid vaatamisväärsusi eelvaatena. Scherrer ütleb, et väljakutse on leida õiged magnetilise takerdumise märgid, mis - nagu äsja moodustuva tornaado radaripildid - annavad usaldusväärseid hoiatusi. Mõned teadlased on võtnud kasutusele magnetväljade kuju, märkides, et konkreetne S-kujuline kumerus kuulutab sageli puhkemist. Teised vaatavad, kas päikesepiste keskpunkti magnetiline tugevus muutub kiiresti - see näitab, et see võib olla valmis klõpsatuseks.
Scherrer kutsub oma ekraanile mõned pildid, vabandades, et need ei konkureeri Lockheedi filmidega. Helioseismilised pildid meenutavad mulle oranži nööbilist pinda, gaasi sõlmedega on Päikese kogu sfäär ülespoole kerkinud. Magnetiline graafika heidab Päikest laigulistes hallides toonides, kuid kui Scherrer sisse suumib, muutuvad mustad ja valged täpid ebakorrapärasteks laikudeks. Need on magnetjõu lindid, mis torkavad Päikese pidevalt liikuvasse pinna sisse või välja.
Kui magnetvälja read taas Päikese atmosfääris uuesti ühenduvad, ütleb Scherrer: “See on väga sarnane lühisega, kui puudutate kahte juhtmest vooluga. Voolus voolav energia muutub soojuseks või valguseks. ”Äkilised sädemed lasevad piki magnetvälja alla ja süttivad Päikese pinnale, eraldades võimsa helkuri.
Päikese kaarduvatest magnetväljadest tugevaim suudab nende alla püüda miljardeid tonne gaasi, luues aluse koronaalsete massi väljutamiseks. Kui magnetiline taasühendus vabastab kogu selle pinge ootamatult, tõuseb gaas päikesetuulega kosmosesse. "See on nagu nööri lõikamine heeliumballoonil, " ütleb Scherrer.
Uurides paljusid selliseid sündmusi, arvab Scherrer, et tema ja ta kolleegid suudavad välja töötada süsteemi, mis paigutab Päikese tõenäosuse Maale purskamise suunas - skaala, mis võib ulatuda „kõigist selgetest” kuni „ettevaatusabinõude rakendamiseni”. Sellised juhised poleks ennustab, tunnistab ta ja tunnistab ka, et päikese prognoosimine ei pruugi kunagi konkureerida maiste ilmateadetega. Päikese ennustamine nõuab, et meeskond võrdleks hiljutist tegevust Päikesel arvutimudelitega. Kuid mudelid on nii kaasatud, et selleks ajaks, kui arvuti vastuse välja sülitab, võib Päike juba hüppanud või vaikseks jäänud.
Viimase 50 aasta üks suurimaid päikese üllatusi polnud see, mida Päike tegi, vaid midagi, mida ta ei teinud: see ei tootnud palju päikesepiste enamiku aastatest 2008 ja 2009. “Me läheksime 60, 70, 80, 90 päeva ilma ühe päikesepisteta, ”ütleb NASA teadustoimetaja Tony Phillips, kes avaldab sõltumatult SpaceWeather.com. “Päikesefüüsikute eluajal polnud keegi seda näinud. See üllatas kogu kogukonda. ”
Keegi ei tea, mis põhjustas kohutava vaikuse. Ilmselt ei keerdunud sügav magnetväli tavapärasel viisil, võib-olla seetõttu, et Päikese sisemised elektrivoolud kasvasid nõrgemaks. Mõned teadlased spekuleerisid, et Päike lülitaks energiat vähemalt ajutiselt välja. Päikesefüüsikute töörühm uuris neid muutusi ja arvas, et Päikese aktiivsus võib järgmise 11-aastase päikesepistetsükli jooksul jõuda vaid poole viimase aja tasemest. Sellel võib olla kliimamuutustele väike mõju. Inimtegevus kaalus möödunud sajandi jooksul kaugelt Päikese modulatsioone Maa kliima mõjutamisel. Kui vähendatud päikese aktiivsuse muster jätkub veel ühe Päikese tsükli vältel ja kaugemalgi, võib Päikesest saadava energia väike vähenemine globaalset soojenemist pisut tasakaalustada.
Prognoositakse, et Päike jõuab oma praeguse päikesepistetsükli haripunkti 2013. aasta lõpus või 2014. aasta alguses. Kuid pole põhjust arvata, et rohkem sedatiivne Päike jääb selliseks. "Suurim osakeste sündmus ja geomagnetiline torm kogu ajaloos" - 1859. aasta sündmus, mida vaatas Carrington - toimus "päikesetsükli ajal, mis oli umbes sama suur kui see, mida prognoosime järgmise paari aasta jooksul, " ütleb Phillips. Pealegi näitas Suli Ma ja Harvard-Smithsoniani astrofüüsikakeskuse kolleegide hiljutine uuring, et kolmandik Maad tabanud päikesetormidest tekivad ilma päikesevalguse või muude hoiatussiltideta. Need hiilimisrünnakud viitavad sellele, et Päike võib olla ohtlik ka siis, kui paistab vaikne.
Maad pole võimalik kaitsta Päikese pursete eest; võimsad tormid häirivad alati meie planeedi magnetvälja. Kuid eelhoiatus võib nende mõju piirata. Ettevaatusabinõud hõlmavad energiakoormuse vähendamist, et vältida elektriliinide tõusu, satelliitide viimist elektroonilisse turvarežiimi ja NASA puhul käsk astronautidel varjupaika pääseda oma kosmoselaeva kõige kangendatud osadesse.
Isegi nende meetmete korral hävitaksid nii tõsised sündmused kui 1859. või 1921. aasta tormid, ütles Colorado ülikooli päikese- ja kosmosefüüsik Daniel Baker, kes on 2008. aasta riikliku teadusnõukogu aruande autor. Inimesed muutuvad aasta-aastalt kommunikatsioonitehnoloogiast sõltuvamaks, muutes Baker, muutes meid elektromagnetilise kaose suhtes aina haavatavamaks. "Neid [raskeid] sündmusi juhtub tõenäoliselt igal kümnendil, " ütleb ta. "See on lihtsalt aja küsimus, enne kui üks neist meid tabab."
Baker ja tema kolleegid on kutsunud NASA-d ja Riiklikku Ookeani- ja Atmosfääri Administratsiooni, mis haldab Colorados Boulderis asuvat kosmoseteadete ennustamiskeskust, töötama välja kosmose ilmastikuhoiatusteate satelliitide süsteem. Täna on 13-aastasel satelliidil, millel pole lähiajalist asendust, ainus instrument, mis suudab kindlaks määrata läheneva koronaalmassi väljutamise sees oleva magnetvälja suuna - see on kriitiline tegur, mis võimaldab kindlaks teha, kui ägedalt see Maaga suhelda saab.
“Päike on väga muutlik täht, ” hoiatab Baker. „Me elame selle välises atmosfääris ja Maa ümbritsev küberelektriline kookon on tema kapriisidele allutatud. Parem oleksime sellega leppida. ”
Robert Irion juhib teaduse kirjutamise programmi Californias Santa Cruzis.























