49^ο ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΑΘΗΝΩΝ

ΗΛΙΑΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ

Το   Μαγνητικό   Πεδίο

   Ο Ήλιος είναι ένα μαγνητικά ενεργό αστέρι. Έχει  ένα ισχυρό, μεταλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Το  μαγνητικό  πεδίο  αποτελείται από

    Ραδιοκύματα  ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα 3 Hz – 300 GHz

    Μικροκύματα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα 0,3Hz – 300GHz ΄που χρησιμοποιούνται για μετάδοση τηλεοπτικού σήματος και Wi-Fi

    Υπέρυθρη ακτινοβολία με μήκος κύματος 1χιλιοστό έως 700 νανόμετρα

    Ορατό φως με μήκος κύματος 700 νανομετρα έως 400 νανομετρα .  Είναι το κομμάτι της ακτινοβολίας που μπορεί να αντιληφθεί το ανθρώπινο μάτι και περιλαμβάνει τα χρώματα του ουρανίου τόξου.

    Υπεριώδης ακτινοβολία με μήκος κύματος 380 – 60 νανομετρα UVA UVB UVΓ  ιδιαιτέρα βλαβερή για τους έμβιους οργανισμούς. Η προστασία μας από αυτές επιτυγχάνετε με τα σύννεφα και το στρώμα του όζοντος

    Ακτίνες Χ ή ακτίνες roentgen με μήκος κύματος 10 νανόμετρα -10 πικόμετρα

    Ακτίνες γ με μήκος κύματος 100 νανόμετρα -100 φεμτόμετρα

   Το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου οδηγεί σε πολλές συνέπειες που ονομάζονται συλλογικά ηλιακή δραστηριότητα, συμπεριλαμβανομένων των ηλιακών κηλίδων στην επιφάνεια του Ήλιου, τις ηλιακές εκλάμψεις, και τις διακυμάνσεις στον ηλιακό άνεμο που μεταφέρει ύλη μέσα από το Ηλιακό Σύστημα.

   Η φωτόσφαιρα, η χρωμόσφαιρα και το στέμμα αποτελούν τα εξωτερικά διαδοχικά στρώματα του ήλιου. Τα στρώματα αυτά δεν είναι ομοιογενή και έχουν διαφορετική δομή μεταξύ τους. το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την περιστροφή του ηλίου και το μαγνητικό του πεδίο έχουν αποτέλεσμα να παρατηρούνται φαινόμενα μικρής χρονικής διάρκειας εντοπισμένα σε περιοχές πάνω ή κοντά σε αυτά τα στρώματα. Οι περιοχές αυτές ονομάζονται περιοχές δράσης.

Φαινόμενα Φωτόσφαιρας

Ηλιακές κηλίδες:  Στην παρατήρηση του ήλιου ακόμα και με μικρό τηλεσκόπιο με ηλιακό φίλτρο εύκολα μπορούμε να διακρίνουμε τις ηλιακές κηλίδες. Είναι μικρές μαύρες περιοχές στην επιφάνεια του ήλιου. Ο λόγος που οι ηλιακές κηλίδες παρουσιάζονται μαύρες είναι η χαμηλή θερμοκρασία τους σε σχέση με τη θερμοκρασία της φωτόσφαιρας που τις περιβάλλει. Υπολογίζεται ότι η θερμοκρασία της σκιάς είναι περίπου 4100Κ ενώ της φωτόσφαιρας είναι περίπου 5800 Κ. Αν μπορούσαμε να απομονώσουμε μια ηλιακή κηλίδα από το λαμπρό υπόβαθρο της φωτόσφαιρας θα την βλέπαμε να λάμπει με φαινόμενο μέγεθος -12. Το φαινόμενο μέγεθος του ηλιακού δίσκου είναι -26,74.

Αυτό το κοντινό πλάνο ηλιακής κηλίδας συγκαταλέγεται μεταξύ των ευκρινέστερων φωτογραφιών του Ήλιου που έχουν βγει ποτέ. Αποκαλύπτει μικρά χαρακτηριστικά της τάξεως των 100 χιλιομέτρων, συμπεριλαμβανομένων των σκοτεινών σημειακών και νηματοειδών πυρήνων που τρέχουν κατά μήκος λαμπρών νημάτων τα οποία αναδύονται από την κεντρική σκοτεινή κηλίδα.

   Η πρώτη παρατήρηση των ηλιακών κηλίδων έγινε το 1610 και από τότε συνεχίζεται η παρακολούθησή τους μέχρι σήμερα. Συνήθως εμφανίζονται ανάμεσα στους κόκκους για να αναπτυχθούν στη συνέχεια παίρνοντας μεγάλες διαστάσεις ως και πάνω από 100.000 km σε μερικές περιπτώσεις καταλαμβάνουν τεράστια έκταση έως και το 15^ο στον ηλιακό δίσκο. Οι κηλίδες εμφανίζονται κατά ομάδες ή σε ζεύγη, με διαφορετική μαγνητική πολικότητα για κάθε μία από αυτές. Η αιτία εμφάνισής τους είναι το έντονο μαγνητικό πεδίο του ήλιου. Το φαινόμενο είναι περιοδικό και το πλήθος τους μεταβάλλεται περιοδικά με περίοδο 11 έτη (ενδεκάτης κύκλος) από έναν μέγιστο αριθμό μέχρι την σχεδόν πλήρη εξαφάνισή τους από τον ηλιακό δίσκο. Όταν φτάσει στο ηλιακό μέγιστο οι ηλιακές κηλίδες γίνονται έντονες και μαυρίζουν την όψη του ηλίου.

Σε κάθε ηλιακή κηλίδα διακρίνουμε τα εξής χαρακτηριστικά:

    Την σκιά (umbra): μαύρη κεντρική περιοχή.

    Την παρασκιά (penumbra): λιγότερο σκοτεινή ζώνη γύρω από τη σκιά.

    Τα νήματα (filaments): διακρίνονται μέσα στην παρασκιά και έχουν κατεύθυνση ακτινική προς το κέντρο της σκιάς.

    Επίσης σπάνια κατά τη διάρκεια του μεγίστου αριθμού ηλιακών κηλίδων παρατηρούνται λευκές φωτοσφαιρικές εκλάμψεις (white light flares) διάρκειας μερικών λεπτών της ώρας.

Η μεταβολή του αριθμού των ηλιακών κηλίδων κατά την εξέλιξη του 11-ετούς ηλιακού κύκλου από το1995 έως σήμερα. Επίσης πρόγνωση του αριθμού των κηλίδων για τον κύκλο που θα ακολουθήσει 

Άλλα φαινόμενα της φωτόσφαιρας:

Πυρσοί : Πολλές φορές κοντά στα χείλη της φωτόσφαιρας στην περιοχή που υπάρχουν κηλίδες παρατηρούνται περιοχές μεγαλύτερης λαμπρότητας. Οι περιοχές αυτές ονομάζονται πυρσοί (faculae) και πιθανόν να οφείλονται σε ενέργεια που παράγεται κατά την αναδιάταξη του μαγνητικού πεδίου των κηλίδων. Η παρουσία πυρσών σε περιοχή που δεν υπάρχουν κηλίδες είτε προμηνύει την εμφάνιση κηλίδων είτε αποτελεί ένδειξη ότι στην περιοχή αυτή υπήρχαν κηλίδες που έχουν εξαφανιστεί. Η παρουσία πάντως πυρσών στο ανατολικό χείλος του ήλιου συνήθως προμηνύει την εμφάνιση νέων κηλίδων. Ας σημειωθεί ότι σπάνια παρατηρούνται πυρσοί στο κέντρο της φωτόσφαιρας γιατί η φωτεινότητά τους είναι περίπου ίση με τη φωτεινότητα του κέντρου της φωτόσφαιρας.

Φαινόμενο της κοκκίασης

Κοκκίαση: Όταν η διαταραχή της ατμόσφαιρας είναι μικρή είναι δυνατόν να παρατηρηθεί το φαινόμενο της κοκκίασης (granulation) στη φωτόσφαιρα. Οι κόκκοι είναι μικροί φωτεινοί σχηματισμοί διαμέτρου 1΄΄ δηλαδή περίπου 800χλμ με διάρκεια ζωής από 3 έως 10 λεπτά της ώρας. Πιστεύεται ότι αποτελούν τις κορυφές θερμών αερίων ρευμάτων που προέρχονται από το εσωτερικό του ήλιου τη ζώνη δηλαδή μεταφοράς. Σκοτεινοί πυρσοί: Μερικές φορές παρατηρούνται σκοτεινοί πυρσοί (dark faculae) κοντά στο κέντρο του δίσκου του ήλιου.

Φαινόμενα Χρωμόσφαιρας

   Η ολική ακτινοβολία της χρωμόσφαιρας είναι κατά 1000 φορές τουλάχιστον χαμηλότερη από της φωτόσφαιρας και επομένως γίνεται ορατή μόνο κατά τη διάρκεια ολικών εκλείψεων. Σε ορισμένες όμως στενές περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος η ένταση της ακτινοβολίας είναι τόσο ισχυρή ώστε μπορούμε να τη παρατηρήσουμε εύκολα ακόμα και χωρίς την βοήθεια εκλείψεων. Οι πιο συνηθισμένες παρατηρήσεις της χρωμόσφαιρας γίνονται στις φασματικές γραμμές Ηα του υδρογόνου και Ca του ασβεστίου με τον μονοχρωματικό ηθμό του Lyot. Τα κυριότερα φαινόμενα που παρατηρούνται στη χρωμόσφαιρα είναι:

Φαινόμενα Χρωμόσφαιρας

Υπερκοκκίαση: (super granulation). Οι κόκκοι έχουν μέση διάμετρο 10.000 ως 35.000 km και μέση διάρκεια ζωής 30 ώρες. Όταν οι συνθήκες παρατήρησης είναι καλές γίνονται εύκολα αντιληπτοί με το μονοχρωματικό ηθμό Lyot γιατί δημιουργούν ένα δίκτυο στη χρωμόσφαιρα το χρωμοσφαιρικό δίκτυο το οποίο αποτελεί την καλύτερη απόδειξη ύπαρξης των ανοδικών/ καθοδικών ρευμάτων της χρωμόσφαιρας.

Ακίδες: Οι ακίδες (spicules) εμφανίζονται στο χείλος του ηλιακού δίσκου και είναι στενοί επιμήκεις σχηματισμοί ύψους περίπου 7000 km και μέσου πλάτους 1000 km. Η μέση διάρκεια ζωής τους είναι 8 λεπτά της ώρας.

Προεξοχές – Νήματα: Οι προεξοχές (prominences) και τα νήματα (filaments) αποτελούν δυο διαφορετικές μορφές του ίδιου φαινομένου. Οι μεν προεξοχές παρουσιάζονται κοντά στο χείλος του ήλιου και εμφανίζονται σαν επιμήκεις σχηματισμοί που προεκτείνονται πάνω από τη βάση της χρωμόσφαιρας τα δε νήματα είναι η προβολή τους πάνω στο δίσκο του ήλιου και παρατηρούνται σαν σκοτεινοί σχηματισμοί. Όταν ο ήλιος βρίσκεται στο ελάχιστο του 11 ετούς κύκλου της δραστηριότητας του τότε μπορούμε συνήθως να δούμε 4-5 νήματα πάνω στην επιφάνειά του αντίθετα όταν βρίσκεται στο μέγιστο μπορούμε να δούμε γύρω στα 20. Οι προεξοχές διακρίνονται σε ήρεμες με διάρκεια ζωής γύρω στους δυο μήνες και σε εκρηκτικές με μικρή διάρκεια ζωής από μερικά λεπτά έως και μισή ώρα. Οι τελευταίες συνδέονται άμεσα με τις ηλιακές εκλάμψεις και παρουσιάζουν βίαιες και ταχύτατες μεταβολές της λαμπρότητας και του μεγέθους τους. Το μέσο ύψος των ήρεμων προεξοχών είναι 30.000χλμ ενώ έχουν παρατηρηθεί και εκρηκτικές προεξοχές ύψους πάνω από 1.000.000 km.

Βλέπουμε στην εικόνα του ήλιου τα νήματα, τις τεράστιες προεξοχές που μοιάζουν με χείμαρρους υπερθερμασμένων αερίων, που εκτοξεύονται με τεράστιες ταχύτητες σε αποστάσεις εκατομμυρίων χιλιομέτρων στο διάστημα.

Εκλάμψεις (flares): Παρατηρούνται συνήθως σε περιοχές όπου υπάρχουν ηλιακές κηλίδες και εμφανίζονται σαν απότομες εκρήξεις με λάμψεις τεραστίων διαστάσεων. Η ενέργεια που εκλύεται κατά τη διάρκεια των ηλιακών εκλάμψεων είναι της τάξεως 10^(28-32)erg και εκλύεται σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα από τις ακτίνες γ μέχρι και τα ραδιοκύματα. Επίσης εκπέμπονται ενεργητικά φορτισμένα σωματίδια με μορφή κοσμικής ακτινοβολίας τα οποία βομβαρδίζουν τη γη μας με πυκνότητα ροής 1000 σωματίδια/cm²/sec και προκαλούν μαγνητοσφαιρικά φαινόμενα, και λαμπρό βόρειο σέλας. Η θερμοκρασία στην περιοχή μιας έκλαμψης φτάνει τους 15.000 Κ ενώ η κινητική θερμοκρασία των σωματιδίων μπορεί να φτάσει τους 10⁶ Κ. Η σπουδαιότητα μιας έκλαμψης καθορίζεται από την λαμπρότητα και την έκτασή της. Οι εκλάμψεις εμφανίζονται ξαφνικά (σε χρόνους από λίγα λεπτά έως δεκάδες λεπτά) απελευθερώνοντας τη μαγνητική ενέργεια που αποθηκεύεται στο στέμμα. 

Σούπερ-εκλάμψεις, οι οποίες θα μπορούσαν να καταστρέψουν την προστατευτική ατμόσφαιρα των πλανητών τους και να θέσουν σε κίνδυνο κάθε μορφή ζωής πάνω στην επιφάνειά τους, παρατηρήθηκαν από επιστήμονες σε άστρα σαν τον δικό μας ήλιο.

Φαινόμενα Στέμματος

Στεμματικές οπές: Eίναι περιοχές του στέμματος χωρίς εκπομπή ακτινών Χ. Βρίσκονται σε περιοχές που χαρακτηρίζονται από ανοικτές μαγνητικές γραμμές σε αντίθεση με την υπόλοιπη δομή του στέμματος που χαρακτηρίζονται από βρόχους πλάσματος παγιδευμένους γύρω από κλειστές μαγνητικές γραμμές οι οποίες συνδέουν περιοχές αντίθετης πολικότητας που αρχίζουν και καταλήγουν στη φωτόσφαιρα. Επίσης οι στεμματικές οπές χαρακτηρίζονται από χαμηλή θερμοκρασία και πυκνότητα σε σύγκριση με τις τιμές που χαρακτηρίζουν το στέμμα πράγμα που δείχνει ότι η ενέργεια που τους παρέχεται από τη φωτόσφαιρα μέσω των ακουστικών κυμάτων καταλίσκεται στην επιτάχυνση των σωματιδίων του ηλιακού ανέμου.

ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ

   Οι επιπτώσεις της ηλιακής δραστηριότητας στη Γη περιλαμβάνουν :

•        Οι  ηλιακές  καταιγίδες: Κάποιες φορές έπειτα από πολλές εκρήξεις που συμβαίνουν στον Ήλιο, εκτοξεύεται ένα πυκνότερο υλικό που εξαπλώνεται στο Διάστημα με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα η οποία ξεπερνά μερικές φορές τα 3.000 km/sec. Αυτό το υλικό αποτελείται κατά 96% από Υδρογόνο (Η), ενώ το υπόλοιπο 5% συνίσταται από ήλιον (He) και άλλα βαρύτερα στοιχεία.  Η γιγάντια αυτή έκρηξη στην ατμόσφαιρα του Ήλιου καλείται Ηλιακή καταιγίδα.

Σε Νορβηγία, Σκοτία και Καναδά οι νυχτερινοί ουρανοί έχουν στήσει πραγματικό υπερθέαμα για τους τυχερούς κατοίκους και επισκέπτες. Αιτία, η τεράστια ηλιακή καταιγίδα που βρίσκεται σε εξέλιξη και αναμένεται να κρατήσει τουλάχιστον μέχρι το βράδυ της Τετάρτης. Ο βομβαρδισμός της ατμόσφαιρας με ηλιακή ακτινοβολία είναι η «μπαταρία» για το Σέλας και στις βόρειες περιοχές του πλανήτη το θέαμα είναι μοναδικό. Έτσι, ο Ήλιος μας αποζημιώνει με το παραπάνω για την «διακριτικότητα» που επεδείκνυε από το 2005, όταν και είχε καταγραφεί η προηγούμενη μεγάλης έντασης δραστηριότητα στην επιφάνειά του. Βέβαια, τέτοιο υπερθέαμα δεν έρχεται χωρίς κόστος. Οι ηλιακές καταιγίδες προκαλούν υπερφορτίσεις στα δίκτυα ενέργειας και παρεμβολές στις τηλεπικοινωνίες.

•     Πολικό   Σέλας: Άλλα φαινόμενα περιλαμβάνουν γεωμαγνητικές καταιγίδες που μπορούν να καταστρέψουν ενεργειακά δίκτυα της ανθρωπότητας, το πολικό σέλας (βόρειο και νότιο σέλας), και οι ουρές των κομητών από πλάσμα που πάντα προς το σημείο μακριά από τον Ήλιο.