Słońce zapisane w węglu


W historii badania Słońca wiek XVII rozpoczął się odkryciem plam słonecznych i po wielu obserwacjach – sporami na temat ich natury, prowadzącymi do o wiele głębszych konsekwencji, niżby się spodziewano. Można powiedzieć – zdążyliśmy w ostatniej chwili, ponieważ od roku 1645 do 1717 Słońce odwołało pokazy[1].

Minimum Maundera

Nastąpił wyraźny okres braku plam, pomimo, że w środku tego okresu powinno się pojawić kolejne maksima pięciu cyklów słonecznych. Nieliczne plamy obserwowane w ciągu tych lat, oraz zebrane wszystkie możliwe zapiski o obserwacjach plam w latach poprzednich dały materiał do opracowania wieloletniego przebiegu aktywności Słońca, który potem został uzupełniony o nowe informacje za pomocą zaskakujących, innych badań. Dały one jeszcze jeden dowód o zależności środowiska Ziemi od aktywności słonecznej.

http://science.nasa.gov/ssl/pad/solar/images/ssn_yearly.jpg

400 lat aktywności Słońca przedstawiona za pomocą liczby Wolfa.
Na wykresie widać w zakresie lat 1645 – 1715: Maunder Minimum
oraz w latach 1790 – 1820: widoczny również spadek aktywności – Dalton Minimum

W tym czasie Europa doświadczyła szczególnie niskich temperatur, okres ten zwany jest nawet małą epoką lodowcową. Wielu naukowców kojarzy ten okres z Minimum Maundera – związanym z brakiem obserwacji plam w okresie od 1645 roku do 1717, inni jednak wysuwają kontrargument, że zmiany powinny być globalne, a takiej cechy to zjawisko nie posiada. W czasie tego Minimum zaobserwowano jedynie kilka plam słonecznych.

Kosmiczna cebula

Żeby dojść do sedna sprawy zacznijmy całkiem z zewnątrz. Kosmos nie jest próżnią. Dla naszego Układu jest ośrodkiem tak, jak dla człowieka ośrodkiem jest atmosfera. Ten ośrodek międzygwiazdowy (interstellar medium, ISM) składa się z materii międzygwiazdowej, czyli nie skupionej w gwiazdach, ale w postaci gazu i pyłu wypełniającą przestrzeń kosmiczną, są to również neutrina i promieniowanie elektromagnetyczne.

Przestrzeń kosmiczna wypełniona jest różnego rodzaju cząstkami, które elektrycznie nieobojętne generują swym ruchem pole magnetyczne. Są to protony (90% cząstek), cząstki alfa (9%), elektrony (ok 1%) i inne, nieliczne jądra cięższych pierwiastków. Ośrodek międzygwiazdowy nie jest jednorodny i chociaż większe jego skupiska nadal swą gęstością przewyższają próżnię możliwą do uzyskania w ziemskich warunkach, to obłoki międzygwiazdowe emitujące promieniowanie obserwowane są jako mgławice. Pozornie niewidoczna reszta zawartości jest również rejestrowana z powodu zaburzania (obserwowanego w postaci linii absorpcyjnych) światła dochodzącego do nas od innych ciał niebieskich. Inny efekt oddziaływania ośrodka to mikrosoczewkowanie grawitacyjne oraz oddziaływanie grawitacyjne wpływające na ruch innych ciał niebieskich.

W okolicy naszego Układu materia ta tworzy wiatr galaktyczny czyli ruch cząstek ma wypadkowy konkretny kierunek. Z drugiej strony Słońce także emituje duże ilości cząstek, tworzących wiatr słoneczny. Jego prędkość przekracza 100 km/s czyli jest prędkością ponaddźwiękową[2], a zmiany w intensywności są wywołane zmienną aktywnością Słońca. Wiatr słoneczny powoduje ciśnienie przeciwstawne ciśnieniu wiatrów galaktycznych. Obszar, w którym ciśnienie wiatru słonecznego przeważa nad galaktycznym to heliosfera (heliosphere). Nie jest ona symetryczna, ponieważ wiatr galaktyczny atakuje heliosferę z jednej strony, tam strefa heliosfery jest cienka, po przeciwnej stronie – bardzo rozciągnięta. Heliosfera zawiera w sobie cały Układ Słoneczny, tworząc na swej granicy powłokę zwaną heliopauzą (heliopause). Zanim jednak wiatr słoneczny wyrówna ciśnienie z wiatrem galaktycznym, traci prędkość i przy przejściu poniżej prędkości naddźwiękowej tworzy powłokę zwaną szokiem końcowym (termination shock). W tym miejscu wiatr słoneczny tworzy stojącą falę uderzeniową, następuje skokowy wzrost ciśnienia i temperatury, zmienia się jego pole magnetyczne. Od tego miejsca aż do heliopauzy rozciąga się płaszcz Układu Słonecznego (heliosheath). Za tą granicą dominuje ciśnienie materii międzygwiezdnej. Poza heliopauzą istnieje jeszcze hipotetyczna łukowa fala uderzeniowa (bow shock), obszar silnych turbulencji w ośrodku międzygwiazdowym.

http://www.pr-tech.net/fdites/fdites030605.jpg

Schemat struktury promieniowania i pól
wokół Układu Słonecznego

Wprawdzie heliosfera wyhamowuje wiatr kosmicznej materii, ale część jej dociera jednak do Ziemi. Tam natyka się dodatkowo (podobnie jak i wiatr słoneczny) na magnetosferę. W górnych warstwach atmosfery ziemskiej powstaje radioaktywny izotop węgla C 14. Jest on produkowany  właśnie przez promieniowanie kosmiczne. Izotop węgla 14C powstaje w w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego z azotem – 14N. Strumień cząstek promieniowania jest największy w okresach minimum aktywności Słońca, gdy słabnie jego pole magnetyczne i zmniejsza się heliosfera. Powstaje wówczas więcej izotopu 14C, który rozprzestrzeniając się w całej atmosferze jest również asymilowany podczas fotosyntezy. Odkłada się m.in. w rocznych przyrostach drzew. Badając obfitość 14C w słojach bardzo starych drzew (za pomocą datowania radiowęglowego[3]) stwierdzono zwiększoną zawartość w okresie odpowiadającym Mminimum Maundera. Odnaleziono też inne, dawniejsze zmiany średniego poziomu aktywności, odpowiadające długotrwałym zanikom i wzrostom ponad przeciętny poziom aktywności Słońca w ciągu ostatnich 7500 lat.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon14_with_activity_labels.svg

Długofalowe zmiany aktywności Słońca odczytane z pni drzew metodą węgla radioaktywnego C14

Wykorzystując to podczas badań starych drzew, John E. Eddy oszacował średni poziom aktywności Słońca na przestrzeni 7500 lat. Od początku XIV do końca XVI w. miały miejsce dwa zaniki aktywności (Spörera: ochłodzenie w latach 1460-1550, Wolfa: lata 1280-1350) a wcześniej Oorta (lata 1040-1080). Wcześniej Słońce znajdowało się w fazie wzmożonej aktywności, zwanej Maksimum Średniowiecznym (700 – 1300), które nastąpiło po Minimum Średniowiecznym. Długookresowe zmiany aktywności w dawniejszych czasach nazwane zostały: Minimum Greckie, Homera i Egipskie oraz Maksimum Rzymskie, Stonehenge, Piramid i Sumeryjskie.


[1] Dla historii astronomii skutkiem tego wieloletniego minimum był fakt, że Rosa Ursina pozostawała najlepszym opisem zjawiska aż do XVIII wieku.

[2] Może ktoś uważny będzie zaskoczony tym sformułowaniem. Wszystkie szkolne podręczniki twierdzą, że dźwięk nie rozchodzi się w próżni. Rzadko jednak zaznacza się w nich, że klasyczna próżnia nie istnieje. To tylko model. Dźwięk to przecież nic innego jak podłużne zaburzenia gęstości ośrodka, a więc materia międzygwiezdna lub słoneczna (plazma) może tworzyć tzw. podłużne fale magnetohydrodynamiczne, które bywają nazywane przez astrofizyków dźwiękiem. W otoczeniu Słońca prędkość fal wynosi około 10 km/s, aw ośrodku międzygwiazdowym – 100 km/s. Cząstki poruszające się szybciej osiągają prędkość ponaddźwiękową dla tych ośrodków.

[3] Opracował ją zespół pod kierunkiem Willarda Libby’ego w 1949. W 1960 roku Libby otrzymał za to nagrodę Nobla z chemii.


Advertisements
Ten wpis został opublikowany w kategorii aktywność Słońca, Historia, pole magnetyczne i oznaczony tagami , , , , , , , , , , , , , , . Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s