A Nap légkörét a tevékenységek csodálatos ritmusa uralja. A napfoltok, amelyek közül a legnagyobbak távcső nélkül is láthatók, rendkívül erős mágneses mezőkkel rendelkező területek a csillagok felszínén. Egy tipikus érett folt fehér és százszorszép alakú. Egy sötét középső magból, az umbrából áll, amely egy alulról függőlegesen kinyúló mágneses fluxus hurok, és egy világosabb szálgyűrűből, az úgynevezett félgömbből áll, amelyben a mágneses tér vízszintesen kifelé terjed.
Napfoltok
A huszadik század elején. George Ellery Hale új teleszkópjával a naptevékenység valós idejű megfigyelésére azt találta, hogy a napfoltok spektruma hasonló a hidegvörös M-típusú csillagokéhoz. Így megmutatta, hogy az árnyék azért tűnik sötétnek, mert hőmérséklete csak körülbelül 3000 K, ami jóval alacsonyabb, mint az 5800 K környezeti hőmérséklet.fotoszféra. A helyszínen a mágneses és a gáznyomásnak egyensúlyban kell lennie a környező nyomással. Le kell hűteni, hogy a gáz belső nyomása lényegesen kisebb legyen, mint a külső. A "hűvös" területeken intenzív folyamatok zajlanak. A napfoltokat a konvekció visszaszorítása hűti le, amely alulról a hőt egy erős mező hatására továbbítja. Emiatt méretük alsó határa 500 km. A kisebb foltok gyorsan felmelegednek a környezeti sugárzás hatására, és megsemmisülnek.
A konvekció hiánya ellenére sok a szervezett mozgás a foltokban, többnyire félárnyékban, ahol a mező vízszintes vonalai ezt lehetővé teszik. Ilyen mozgásra példa az Evershed-effektus. Ez egy 1 km/s sebességű áramlás a penumbra külső felében, amely mozgó tárgyak formájában túlmutat a határain. Ez utóbbiak a mágneses mező elemei, amelyek kifelé áramlanak a foltot körülvevő tartományon. A felette lévő kromoszférában a fordított Evershed-áramlás spirálként jelenik meg. A félárnyék belső fele az árnyék felé halad.
A napfoltok is ingadoznak. Amikor a fotoszféra "fényhídként" ismert foltja átmegy az árnyékon, gyors vízszintes áramlás történik. Bár az árnyékmező túl erős ahhoz, hogy lehetővé tegye a mozgást, a felette lévő kromoszférában gyors oszcillációk vannak 150 másodperces periódussal. A penumbra felett ún. sugárirányban kifelé terjedő haladó hullámok 300 másodperces periódussal.
Napfoltok száma
A naptevékenység szisztematikusan áthalad a csillag teljes felületén 40° közöttszélességi kör, ami a jelenség globális természetét jelzi. A ciklus jelentős ingadozásai ellenére összességében lenyűgözően szabályos, amint azt a napfoltok számszerű és szélességi helyzetének jól bevált sorrendje is bizonyítja.
Az időszak elején rohamosan növekszik a csoportok száma és mérete, míg 2-3 év múlva el nem éri a maximális létszámot, egy év múlva pedig a maximális területet. Egy csoport átlagos élettartama körülbelül egy napfordulat, de egy kis csoport csak 1 napig tarthat. A legnagyobb napfoltcsoportok és a legnagyobb kitörések általában 2-3 évvel a napfolthatár elérése után következnek be.
Legfeljebb 10 csoport és 300 hely lehet, egy csoportban pedig 200. A ciklus lefolyása szabálytalan lehet. A napfoltok száma átmenetileg még a maximum közelében is jelentősen csökkenhet.
11 éves ciklus
A napfoltok száma körülbelül 11 évente visszatér a minimumra. Jelenleg több hasonló kis képződmény található a Napon, általában alacsony szélességeken, és hónapokig teljesen hiányozhatnak. Új napfoltok kezdenek megjelenni a magasabb szélességi fokokon, 25° és 40° között, az előző ciklushoz képest ellentétes polaritással.
Ugyanakkor a magas szélességi fokokon új helyek, az alacsony szélességi fokokon pedig régi foltok létezhetnek. Az új ciklus első foltjai kicsik, és csak néhány napig élnek. Mivel a forgási periódus 27 nap (nagyobb szélességi körökön hosszabb), általában nem térnek vissza, és az újabbak közelebb vannak az egyenlítőhöz.
11 éves ciklusraa napfoltcsoportok mágneses polaritásának konfigurációja az adott féltekén azonos, a másik féltekén pedig ellentétes irányú. A következő időszakban megváltozik. Így az északi féltekén a magas szélességi körökön lévő új napfoltok pozitív, majd negatív polaritásúak lehetnek, és az előző ciklus alacsony szélességi fokon lévő csoportjai ellentétes orientációjúak lesznek.
Fokozatosan eltűnnek a régi foltok, az alacsonyabb szélességi fokokon pedig nagy számban és méretben jelennek meg újak. Eloszlásuk pillangó alakú.
Teljes ciklus
Mivel a napfoltcsoportok mágneses polaritásának konfigurációja 11 évente változik, 22 évente visszatér ugyanarra az értékre, és ezt az időszakot tekintjük egy teljes mágneses ciklus periódusának. Minden periódus elején a Nap teljes mezője, amelyet a póluson uralkodó mező határoz meg, ugyanolyan polaritású, mint az előző foltjai. Ahogy az aktív régiók megszakadnak, a mágneses fluxus pozitív és negatív előjelű szakaszokra oszlik. Miután sok folt megjelenik és eltűnik ugyanabban a zónában, egy vagy olyan előjelű nagy unipoláris régiók jönnek létre, amelyek a Nap megfelelő pólusa felé haladnak. A pólusoknál minden minimum alatt az adott féltekén a következő polaritás fluxusa dominál, és ez a mező a Földről nézve.
De ha minden mágneses mező kiegyensúlyozott, hogyan oszlanak fel nagy unipoláris régiókra, amelyek szabályozzák a poláris mezőt? Erre a kérdésre nem érkezett válasz. A sarkokhoz közeledő mezők lassabban forognak, mint a napfoltok az egyenlítői régióban. Végül a gyenge mezők elérik a sarkot, és megfordítják a domináns mezőt. Ez megfordítja azt a polaritást, amelyet az új csoportok vezető helyeinek fel kell venniük, így folytatódik a 22 éves ciklus.
Történelmi bizonyítékok
Bár a naptevékenység ciklusa évszázadokon át meglehetősen szabályos volt, jelentős eltérések mutatkoztak benne. 1955-1970-ben sokkal több volt a napfolt az északi féltekén, 1990-ben pedig a délen domináltak. A két ciklus, 1946-ban és 1957-ben tetőzött, a történelem legnagyobb ciklusa volt.
W alter Maunder angol csillagász bizonyítékot talált arra, hogy a nap mágneses aktivitása alacsony volt, ami azt jelzi, hogy 1645 és 1715 között nagyon kevés napfoltot figyeltek meg. Bár ezt a jelenséget először 1600 körül fedezték fel, ebben az időszakban kevés észlelést jegyeztek fel. Ezt az időszakot halomminimumnak nevezik.
Tapaszt alt megfigyelők nagyszerű eseményként számoltak be egy új foltcsoport megjelenéséről, megjegyezve, hogy hosszú évek óta nem látták őket. 1715 után ez a jelenség visszatért. Ez egybeesett Európa leghidegebb időszakával, 1500 és 1850 között. A jelenségek közötti összefüggés azonban nem bizonyított.
Van néhány bizonyíték más hasonló időszakokra, nagyjából 500 éves időközönként. Ha a naptevékenység magas, a napszél által generált erős mágneses mezők blokkolják a Földhöz közeledő nagy energiájú galaktikus kozmikus sugarakat, ami kevesebba szén-14 képződése. A 14С fagyűrűkben történő mérése megerősíti a Nap alacsony aktivitását. A 11 éves ciklust csak az 1840-es években fedezték fel, így az ezt megelőző megfigyelések szabálytalanok voltak.
Efemer területek
A napfoltokon kívül sok apró dipólus, úgynevezett efemer aktív régió található, amelyek átlagosan kevesebb mint egy nap léteznek, és a Nap egész területén megtalálhatók. Számuk eléri a napi 600-at. Bár az efemer területek kicsik, a Nap mágneses fluxusának jelentős részét képezhetik. De mivel semlegesek és meglehetősen kicsik, valószínűleg nem játszanak szerepet a ciklus és a globális térmodell alakulásában.
Kiemelések
Ez az egyik legszebb jelenség, ami a naptevékenység során megfigyelhető. Hasonlóak a Föld légkörében lévő felhőkhöz, de mágneses mezők támogatják őket, nem pedig hőáram.
A naplégkört alkotó ionok és elektronok plazmája a gravitációs erő ellenére sem képes átlépni a vízszintes térerősségeket. A kiemelkedések az ellentétes polaritások határain fordulnak elő, ahol a mezővonalak irányt változtatnak. Így megbízhatóan jelzik a hirtelen mezőátmeneteket.
A kromoszférához hasonlóan a kiemelkedések fehér fényben átlátszóak, és a teljes fogyatkozások kivételével Hα-ban (656, 28 nm) kell megfigyelni őket. Napfogyatkozáskor a vörös Hα vonal gyönyörű rózsaszín árnyalatot ad a kiemelkedéseknek. Sűrűségük sokkal kisebb, mint a fotoszféráé, hiszen az iskevés ütközés. Elnyelik a sugárzást alulról, és minden irányban kibocsátják.
A fogyatkozás során a Földről látható fény mentes a felszálló sugaraktól, így a kiemelkedések sötétebbnek tűnnek. De mivel az ég még sötétebb, fényesnek tűnnek a háttérben. A hőmérsékletük 5000-50000 K.
A kiemelések típusai
A kiemelkedéseknek két fő típusa van: csendes és átmeneti. Az előbbiekhez nagy léptékű mágneses mezők kapcsolódnak, amelyek az unipoláris mágneses régiók vagy napfoltcsoportok határait jelölik ki. Mivel az ilyen területek hosszú ideig élnek, ugyanez igaz a csendes kiemelkedésekre is. Különféle formájúak lehetnek - sövények, felfüggesztett felhők vagy tölcsérek, de mindig kétdimenziósak. A stabil szálak gyakran instabillá válnak és kitörnek, de egyszerűen eltűnhetnek. A nyugodt kiemelkedések több napig élnek, de a mágneses határon újak is kialakulhatnak.
Az átmeneti kiemelkedések a naptevékenység szerves részét képezik. Ide tartoznak a fáklyák, amelyek egy fáklya által kilökődő, rendezetlen anyagtömeg, és a csomók, amelyek kis kibocsátású, kollimált folyamok. Mindkét esetben az anyag egy része visszatér a felszínre.
A hurok alakú kiemelkedések ezeknek a jelenségeknek a következményei. A fáklya során az elektronáramlás több millió fokig melegíti fel a felületet, forró (több mint 10 millió K-es) koronális kiemelkedéseket hozva létre. Erősen sugároznak, lehűtve és megfosztva a támasztól, formában ereszkednek a felszínreelegáns hurkok, követve a mágneses erővonalakat.
Flashek
A naptevékenységhez kapcsolódó leglátványosabb jelenségek a fáklyák, amelyek mágneses energia éles felszabadulását jelentik a napfoltok területéről. A nagy energia ellenére legtöbbjük szinte láthatatlan a látható frekvencia tartományban, mivel az energiakibocsátás átlátszó atmoszférában történik, és látható fényben csak a viszonylag alacsony energiaszintet elérő fotoszféra figyelhető meg.
A fellángolások a legjobban a Hα vonalon láthatók, ahol a fényesség 10-szer nagyobb lehet, mint a szomszédos kromoszférában, és 3-szor nagyobb, mint a környező kontinuumban. A Hα-ban egy nagy fáklya több ezer napkorongot takar, de a látható fényben csak néhány apró fényes folt jelenik meg. A felszabaduló energia ebben az esetben elérheti a 1033 erget, ami megegyezik a teljes csillag 0,25 s alatti kibocsátásával. Ennek az energiának a nagy része kezdetben nagy energiájú elektronok és protonok formájában szabadul fel, és a látható sugárzás másodlagos hatás, amelyet a részecskék kromoszférára gyakorolt hatása okoz.
A járványok típusai
A fáklyák mérettartománya széles – a gigantikus, részecskékkel bombázó fáklyáktól az alig észrevehetőekig. Általában a hozzájuk tartozó, 1-8 angström hullámhosszúságú röntgenfluxusok alapján osztályozzák őket: Cn, Mn vagy Xn több mint 10-6, 10-5 és 10-4 W/m2. Tehát az M3 a Földön 3×-os fluxusnak felel meg10-5 W/m2. Ez a mutató nem lineáris, mivel csak a csúcsot méri, és nem a teljes sugárzást. Az évente 3-4 legnagyobb fáklyában felszabaduló energia megegyezik az összes többi energiájának összegével.
A felvillanások által létrehozott részecskék típusai a gyorsulás helyétől függően változnak. Nincs elegendő anyag a Nap és a Föld között az ionizáló ütközésekhez, így azok megtartják eredeti ionizációs állapotukat. A koronában lökéshullámok által felgyorsított részecskék tipikusan 2 millió K koronaionizációt mutatnak. A fáklyás testben felgyorsult részecskék ionizációja lényegesen magasabb, és rendkívül magas a He3, ritka izotóp koncentrációja. hélium csak egy neutronnal.
A legtöbb nagyobb fellángolás kis számú hiperaktív, nagy napfoltcsoportban fordul elő. A csoportok egy mágneses polaritású nagy csoportok, amelyeket az ellenkező polaritás vesz körül. Bár a napkitörések előrejelzése lehetséges az ilyen képződmények jelenléte miatt, a kutatók nem tudják megjósolni, mikor fognak megjelenni, és nem tudják, mi okozza őket.
Earth Impact
Amellett, hogy fényt és hőt biztosít, a Nap ultraibolya sugárzással, a napszél állandó áramlásával és a nagy kitörésekből származó részecskékkel hat a Földre. Az ultraibolya sugárzás létrehozza az ózonréteget, amely védi a bolygót.
A napkoronából származó lágy (hosszú hullámhosszú) röntgensugarak olyan rétegeket hoznak létre az ionoszférában, amelyeklehetséges rövidhullámú rádiókommunikáció. A naptevékenység napján a korona (lassan változó) és a fáklyák (impulzív) sugárzása növekszik, hogy jobban visszaverő réteget hozzon létre, de az ionoszféra sűrűsége addig növekszik, amíg a rádióhullámok elnyelődnek, és a rövidhullámú kommunikáció meg nem akadályozódik.
Erősebb (rövidebb hullámhosszúságú) a fáklyákból származó röntgenimpulzusok ionizálják az ionoszféra legalsó rétegét (D-réteg), rádiósugárzást hozva létre.
A Föld forgó mágneses tere elég erős ahhoz, hogy blokkolja a napszelet, és egy magnetoszférát képez, amely körül részecskék és mezők áramlanak. A világítótesttel szemközti oldalon a térvonalak egy struktúrát alkotnak, amelyet geomágneses csónaknak vagy faroknak neveznek. Amikor felerősödik a napszél, a Föld mezője meredeken növekszik. Amikor a bolygóközi mező a Földével ellentétes irányba vált, vagy amikor nagy részecskefelhők érik, a csóvában lévő mágneses mezők rekombinálódnak, és energia szabadul fel az aurórák létrehozásához.
Mágneses viharok és naptevékenység
Minden alkalommal, amikor egy nagy koronalyuk kering a Föld körül, a napszél felgyorsul, és geomágneses vihar támad. Ez egy 27 napos ciklust hoz létre, amely különösen a napfolt minimumon érezhető, ami lehetővé teszi a naptevékenység előrejelzését. A nagy fáklyák és egyéb jelenségek koronatömeg kilökődést okoznak, energetikai részecskék felhői, amelyek gyűrűáramot képeznek a magnetoszféra körül, ami éles fluktuációkat okoz a Föld mezőjében, úgynevezett geomágneses viharokat. Ezek a jelenségek megzavarják a rádiókommunikációt, és túlfeszültséget okoznak a távolsági vonalakon és más hosszú vezetékeken.
A földi jelenségek közül talán a legérdekesebb a naptevékenység bolygónk éghajlatára gyakorolt lehetséges hatása. A Mound minimum ésszerűnek tűnik, de vannak más egyértelmű hatások is. A legtöbb tudós úgy véli, hogy van egy fontos összefüggés, amelyet számos más jelenség eltakar.
Mivel a töltött részecskék követik a mágneses tereket, korpuszkuláris sugárzás nem minden nagy fáklyánál figyelhető meg, hanem csak a Nap nyugati féltekén található. A nyugati oldaláról érkező erővonalak elérik a Földet, oda irányítva a részecskéket. Ez utóbbiak többnyire protonok, mivel a hidrogén a Nap domináns alkotóeleme. Sok 1000 km/s másodperces sebességgel mozgó részecske lökéshullámfrontot hoz létre. Az alacsony energiájú részecskék nagy fáklyákban való áramlása olyan intenzív, hogy a Föld mágneses mezején kívüli űrhajósok életét is veszélyezteti.