Na nehajno značilno tropsko jutro na območju zaliva San Francisco tla zasijejo z valovi vročine in nemogoče je pogledati v nebo, ne da bi počelo. Prava toplota pa je znotraj laboratorija Sock in astrofizike Lockheed Martin v Palo Altu. Tam, v temni sobi, zloženi z računalniškimi procesorji, pogled z visoko ločljivostjo na sonce napolni devet povezanih TV-zaslonov in ustvari sončno ekstravaganco, široko sedem čevljev.
Iz te zgodbe
[×] ZAPRTA
VIDEO: Uporaba sonca za ustvarjanje glasbe
[×] ZAPRTA
Novi teleskopi so znanstvenikom omogočili nepregledne poglede na Sonce in jim pomagali bolje razumeti sončno aktivnost
Video: Osupljiv pogled na sončne žarke
Sorodne vsebine
- Sončevi vrtinci zelenih plinov čudeža
- Španski preboj pri izkoriščanju sončne energije
- Fantastične fotografije našega osončja
Sončni fizik Karel Schrijver izda ukaze za začetek predstave: pospešeni film zaporedja eksplozij, ki so 1. avgusta 2010 zavili Sonce. "To je eden najbolj osupljivih dni, kar sem jih kdaj videl na Soncu, " pravi Schrijver . Dve desetletji je gledal našo najbližjo zvezdo.
"Na začetku se ta majhna majhna regija odloči, da ni srečna, " pravi, zveni kot astronomski psihiater, ki se spopada s sončnimi nevrozami. Pokaže na plamen, skromen spaz belkaste svetlobe. "Potem se ta bližnja regija začne razočarati in se razplamti. Potem ogromna nitka izbruhne in seže skozi [magnetno] polje kot nož. Ta lok žarečega materiala vidimo in s časom raste. Majhna nitka pod lokom pravi: "Ne maram tega kosa", in postane nestabilen in izgine. "
Kdo je vedel, da ima Sonce toliko osebnosti?
V nekaj urah - do digitaliziranega predvajanja, porabljenega do nekaj minut - se velik del magnetnega polja "razburja", pravi Schrijver in se sam preuredi, sprosti pahljače in velike pasove magnetiziranega plina. Verižna reakcija je bolj živahna od vseh hollywoodskih upodobitev. "Ko prvič skupaj s sodelavci pokažemo te filme, " pravi Schrijver, "strokovni izraz je na splošno: Whoa!"
Hudournik slik prihaja iz najnaprednejšega satelita, ki je kdajkoli preučeval Sonce: NASA-inoga observatorija za sončno dinamiko ali SDO. SDO, ki je bil predstavljen februarja 2010, strmi v zvezdo s točke 22.300 milj nad Zemljo. Satelitska orbita ohranja enakomeren položaj glede na dve radijski anteni v Novi Mehiki. Vsako sekundo, 24 ur na dan, SDO v zemljo pripelje 18 megabajtov podatkov. Slike z visoko ločljivostjo in zemljevidi sončnega mučenega magnetnega polja prikazujejo genezo sončnih pik in izvor njihovih izbruhov.
Ta sončni film bi moral zagotoviti nove vpoglede v vesoljsko vreme - vplive, ki jih čutimo na Zemlji, ko nas sončni izlivi vodijo na pot. Včasih je vreme blago. 1. avgusta 2010 so izbruhi izpuščali barvite prikaze aurore borealis nad ZDA dva dni pozneje, ko je hitra nevihta napolnjenega plina motila Zemljino magnetno polje. Ko pa se Sonce resnično razjezi, lahko severne luči signalizirajo potencialno onemogočene grožnje.
Najintenzivnejša sončna nevihta, ki je bila kdajkoli zabeležena, je prizadela poleti 1859. Britanski astronom Richard Carrington je 1. septembra opazoval orjaško mrežo sončnih pik, čemur je sledil najintenzivnejši odsev, o katerem so kdaj koli poročali. V 18 urah je bila Zemlja pod magnetnim obleganjem. Slepeče severne luči so segale vse bolj na jug kot Karibsko morje in Mehika, iskrive žice pa so prekinile telegrafska omrežja - internet dneva - po Evropi in Severni Ameriki.
Magnetna nevihta leta 1921 je uničila signalizacijo železniških prog New Yorka. Sončna nevihta marca 1989 je okrnila električno omrežje v Quebecu in tako za devet ur odvzela milijon odjemalcev električne energije. Leta 2003 je niz neviht na Švedskem uničil 640 milijonov dolarjev japonski znanstveni satelit in prisilil letalske družbe, da preusmerijo lete stran od severnega pola po ceni od 10.000 do 100.000 dolarjev.
Naša sodobna, globalno povezana elektronska družba je zdaj tako odvisna od daljnosežnih transformatorjev in rojev satelitov, da bi lahko velik eksplozija Sonca močno uničila. Glede na poročilo Nacionalnega raziskovalnega sveta iz leta 2008 bi lahko sončna nevihta v velikosti dogodkov iz leta 1859 ali 1921 zaprla satelite, onemogočila komunikacijska omrežja in sisteme GPS ter zažgala električna omrežja po ceni 1 bilijona dolarjev ali več.
"Prostor okoli nas ni tako prijazen, prijazen in prijazen naši tehnologiji, kot smo predvidevali, " pravi Schrijver.
Dokument o izvorih teh neviht z neznanimi podrobnostmi daje raziskovalcem najboljše možnosti, da še razumejo Sončeve uničevalne sposobnosti. Cilj je napovedati vesoljsko vreme - vnaprej prebrati Sončevo razpoloženje dovolj daleč, da lahko proti njim sprejmemo varnostne ukrepe. Uspeh se bo oprl na pogled skozi Sončevo površino, da bi opazili magnetne izbruhe, ko se razvijejo, in sicer na enak način, kot meteorologi uporabljajo radar, ki prodira v oblak, da bi videli znake tornada, preden se zaletel na tla.
A za zdaj je Sončeva aktivnost tako zapletena, da njene konvulzije zmedejo najvišje možgane. Na vprašanje razlage fizike, ki poganja Sončevo nasilje, znanstvenik SDO Philip Scherrer z univerze Stanford ne mine besede: "V bistvu ne vemo."
Naša matična zvezda je le osem minut, ko luč leti. Sonce dobi več časa s teleskopom kot kateri koli drug objekt v vesolju, raziskave pa so svetovno podjetje. Najuspešnejši satelit pred SDO, skupna misija NASA-Evropske vesoljske agencije, imenovana Solar and Heliosspheric Observatory (SOHO), še vedno pošilja nazaj slike Sonca 15 let po njegovem izstrelitvi. Manjši raziskovalec v vesolju, imenovan Hinode, je sodelovanje med Japonsko in Naso, ki preučuje, kako sončna magnetna polja hranijo in sproščajo energijo. In Nasina misija za opazovanje sončnih zemeljskih odnosov (STEREO) je sestavljena iz dveh skoraj identičnih satelitov, ki potujeta po Zemljini orbiti, enega pred našim planetom in enega zadaj. Sateliti omogočajo znanstvenikom, da ustvarijo tridimenzionalne posnetke sončnih izmetov. Zdaj na nasprotnih straneh Sonca so v preteklem februarju posneli prvo fotografijo celotne Sončeve površine. Na tleh teleskopi na Kanarskih otokih, v Kaliforniji in drugod pregledujejo Sonce s tehnikami, ki odpravljajo zamegljene učinke Zemljine atmosfere.
Sonce je vrtljiva krogla plina, ki je dovolj velika, da vsebuje 1, 3 milijona Zemlj. Njegovo jedro je peč jedrske fuzije, ki pri temperaturi 28 milijonov stopinj Fahrenheita vsako sekundo pretvori 655 milijonov ton vodika v helij. Ta fuzija ustvarja energijo, ki nas na koncu doseže kot sončna svetloba. Toda jedro in notranja plast Sonca sta tako gosta, da lahko traja milijon let, da se foton energije bori le za dve tretjini poti ven. Tam doseže tisto, kar sončni fiziki imenujejo "konvektivna cona". Zgoraj je tanek sloj, ki ga dojemamo kot Sončevo površino. Sončni plini se nadaljujejo daleč v vesolje onkraj tega vidnega roba v bliskovito vročem ozračju, imenovanem korona. Skozi celoten sončni sistem piha sunkovit sončni veter.
Stvari postanejo še posebej zanimive v konvektivni coni. Ogromne žari napolnjenega plina se dvigajo in padejo, kot v loncu z vrelo vodo, le bolj burno. Sonce se vrti z različno hitrostjo - približno enkrat na 24 dni na svojem ekvatorju in počasneje, približno vsakih 30 dni, na svojih polih. Ta razlika v hitrosti zmanjša plin in zapleta njegove električne tokove, ki napajajo Sončevo magnetno polje. Celotno magnetno polje ima smer, tako kot Zemljin severni in južni pol privlačita naše kompase. Vendar pa je Sončevo polje polno krivulj in zvijanj in vsakih 11 let se zasuka: severni pol postane južni, nato 11 let pozneje spet proti severu. To je dinamičen cikel, ki ga znanstveniki ne dojemajo v celoti, in v središču večine naporov je razumeti, kako se obnaša Sonce.
Med temi preobrati se Sončevo globoko magnetno polje resnično izmuči. Dvigne se navzgor in pokuka skozi vidno površino, da ustvari sončne pege. Ti temni zaplate plina so hladnejši od preostale Sončeve površine, ker so zapletena magnetna polja delujejo kot ovire in preprečujejo, da bi del Sončeve energije ušel v vesolje. Polja v sončnih pegah lahko izbruhnejo. Nad sončnimi piki se sončno magnetno polje zanke in vrtinči skozi korono. Ta kriva vnamejo eksplozije na Lockheedovih video zaslonih v Palo Altu.
Schrijver in njegov šef Alan Title sta skupaj sodelovala 16 let, dovolj dolgo, da sta si dokončala stavke. Najnovejša kreacija skupine, atmosferski slikarski sklop - komplet štirih teleskopov, ki slikajo milijonske stopinje plinov v koroni - je eden od treh instrumentov, nameščenih na SDO. NASA ga primerja s kamero IMAX za Sonce.
"Ta mehurček, ki izpušča plin, je 30-krat večji od premera Zemlje in se giblje z milijonom milj na uro, " pravi Naslov, ki na zaslonu kaže na naraščajoč rdeč vrtinec, ki ga je SDO ujel kmalu po izstrelitvi satelita. In, skoraj ležerno ugotavlja, je šlo za precej majhen izbruh.
Magnetna polja ohranjajo sončne pline v liniji, ko se ločijo v vesolje, pravi Naslov, prav tako kot barski magnet postavlja železne obloge v čiste vzorce. Bolj ko se polja zapletejo, manj stabilna so. Sončni izbruhi se zgodijo, ko magnetna polja zaskočijo v nov vzorec - dogodek, ki ga fiziki imenujejo "ponovno povezava".
Tipičen sončni izbruh, ki ga izženejo na Zemljo, imenovan izmet koronalne mase, lahko vsebuje deset milijard ton nabitih plinov, ki dirkajo po vesolju. "Predstavljati si morate množico sil, ki je dovolj, da v 15 do 30 sekundah izstreli vso vodo v reki Mississippi s hitrostjo 3000 krat hitrejšo, kot leti letalo, " pravi in zaustavi trenutek, da to potopi v "Na Zemlji ni nobenega protikandidata. Težave imamo pri razlagi teh procesov. "
Prejšnje sončne misije so posnele nejasne posnetke velikih izpustov koronske mase. Drugi teleskopi so povečali lete za podrobnosti, vendar bi se lahko osredotočili na le majhen del Sonca. Visoka ločljivost celotne hemisfere Sonca in posnetki hitrega ognja SDO razkrivajo, kako se površina in atmosfera spreminjata iz minute v minuto. Nekatere značilnosti so tako nepričakovane, da jih znanstveniki še niso poimenovali, na primer plinovski vzorček plina, ki ga Schrij-ver zasleduje na zaslonu s prstom. Misli, da gre za spiralno magnetno polje, ki ga vidimo ob njenem robu in se skozi plin dviga v vesolje. "Kot da je [plin] dvignjen v vrvicah, " pravi.
Preden je bila misija stara leto dni, so znanstveniki analizirali stotine dogodkov, ki so trajali več tisoč ur. (Ugotovitve, ki so bile ugotovljene 1. avgusta, so bile povezane z magnetnimi "območji napak", ki segajo na stotine tisoč kilometrov.) Skupina deluje pod pritiskom NASA in drugod za boljše napovedi vesoljskega vremena.
"Dobri gospod, to je zapleteno, " pravi Schrijver, ko je drugi dan predvajal film Sončevega razpoloženja. "Na Soncu ni miren dan."
Nekaj kilometrov stran, na kampusu Stanforda, se sončni fizik Philip Scherrer bori z istim vprašanjem, ki animira skupino Lockheed Martin: Ali bomo lahko napovedali, kdaj bo Sonce kataklizmatično vrglo nabito zemljo na Zemljo? "Želeli bi dati dobro oceno, ali bo v določeni aktivni regiji prišlo do izstreljevanja ali množičnih izpustov ali pa bo samo odšlo, " pravi.
Scherrer, ki za satelitsko povezavo uporablja televizijski sprejem, pojasni vpliv vesoljskega vremena s spominjanjem na dogodek iz leta 1997. "Neko soboto smo se zbudili in videli smo samo neresnico, " pravi. Koronalna izmet mase je minil mimo Zemlje prejšnjo noč. Magnetni oblak je očitno vzel satelit Telstar 401, ki ga uporabljajo UPN in druga omrežja.
"To sem vzel osebno, saj je bil to" Star Trek "[nisem mogel gledati], " pove Scherrer s krivim nasmehom. "Če bi se zgodilo zjutraj v Super Bowlu, bi vsi vedeli za to."
Scherrerjeva ekipa in inženirji podjetja Lockheed Martin so razvili SDO Helioseismic and Magnetic Imager, instrument, ki se namesti v Sončevo vihravo notranjost in spremlja smer in jakost magnetnega polja ter ustvarja črno-bele zemljevide, imenovane magnetogrami. Ko pridejo sončne pege, zemljevidi prikazujejo magnetni nemir na dnu lučnih struktur v Sončevi atmosferi.
Instrument meri tudi vibracije na Sončevi površini. Na Zemlji seizmologi merijo površinske vibracije, da razkrijejo potresne napake in geološke strukture daleč pod zemljo. Na Soncu vibracije ne prihajajo iz sončnih sunkov, temveč iz pulzacij, ki jih povzročajo plini, ki se na površini dvigajo in spuščajo s hitrostjo približno 700 milj na uro. Ko se vsaka kapljica plina zruši, sproži zvočne valove na Sonce in oni zaskočijo celotno zvezdo. Scherrerjeva naprava meri te vibracije po Sončevem obrazu.
Ključno, pravi Scherrer, vodilni strokovnjak za helioseizmologijo, saj je ta znanost znana, je, da se zvočni valovi hitreje premikajo skozi bolj vroč plin, kot so burni vozli daleč pod površino, ki pogosto prinašajo sončne pege. Zvočni valovi se tudi pospešijo, ko se gibljejo skozi pline, ki tečejo v isto smer. Čeprav te meritve ustvarjajo matematične nočne more, lahko računalniki ustvarijo slike dogajanja pod Sončevo površino.
Na ta način Scherrerjeva ekipa lahko odkrije sončne pege na skrajni strani Sonca dni, preden se vrtijo v pogled in preden bodo sposobni odvajati škodljive delce in plin proti Zemlji. Znanstveniki tudi upajo, da bodo opazili aktivne regije, ki dan ali več mehurčijo od sonca, preden so vidne kot sončne pege.
Te tehnike zagotavljajo predogled prihajajočih zanimivosti. Izziv, pravi Scherrer, je najti prave znake magnetne zapletenosti, ki - podobno kot radarske slike novonastalega tornada - zanesljivo opozorijo. Nekateri raziskovalci so zapisali oblike magnetnih polj, pri čemer ugotavljajo, da določena krivina v obliki črke S pogosto označuje izbruh. Drugi gledajo, ali se magnetna moč čez središče sončne pege hitro spremeni - kar kaže na to, da bi ga bilo mogoče pripraviti za snemanje.
Scherrer prikliče nekaj slik na svojem zaslonu in se opraviči, da ne tekmujejo s filmi Lockheed. Helioseizmične slike me spominjajo na okorno površino oranžne barve, vozliči plina se dvigajo navzgor po celotni Sončevi sferi. Magnetna grafika odda Sonce v pikčasto sivih tonih, ko pa Scherrer poveča, črno-bele črte prerastejo v nepravilne obliže. To so trakovi magnetne sile, ki pokukajo v ali iz Sončeve nenehno premikajoče se površine.
Ko se črte magnetnega polja ponovno povežejo visoko v Sončevi atmosferi, Scherrer pravi: "To je zelo podobno kratkemu stiku, ko se dotaknete dveh žic s tokom. Energija, ki teče v toku, se spremeni v toploto ali svetlobo. "Nenadne iskrice padajo po magnetnem polju in se zaletavajo v Sončevo površino in sprožijo močan blisk.
Najmočnejša magnetna polja Sonca lahko ujamejo milijarde ton plina pod njimi in tako ustvarijo temelj za izmet koronalnih mas. Ko magnetna ponovna povezava nenadoma sprosti vso to napetost, se plin s sončnim vetrom odpravi v vesolje. "To je kot rezanje vrvice na helijev balon, " pravi Scherrer.
Scherrer je s študijem številnih takih dogodkov mnenja, da lahko s svojimi sodelavci oblikuje sistem, ki uvršča sončne kvote za izbruh na Zemlji - lestvico, ki bi segala od "vsega jasnega" do "previdnostnih ukrepov". napoveduje, priznava in tudi sam priznava, da sončno napovedovanje morda nikoli ne bo nasprotovalo poročilom o zemeljskem vremenu. Sončno napovedovanje zahteva, da ekipa primerja nedavne dejavnosti na Soncu z računalniškimi modeli. Toda modeli so tako vpleteni, da je Sonce že, ko izpusti odgovor, morda že pokukalo ali pa bo utihnilo.
Eno največjih sončnih presenečenj v zadnjih 50 letih ni bilo nekaj, kar je storilo Sonce, ampak nekaj, česar ni storil: večine let 2008 in 2009 ni ustvaril veliko sončnih pik. "Šli bomo 60, 70, 80, 90 dni brez ene same sončne točke, «pravi NASA-in znanstveni urednik Tony Phillips, ki samostojno objavi SpaceWeather.com. »V času sončnih fizikov tega nihče ni videl. Presenetila je celotno skupnost. "
Nihče ne ve, kaj je povzročilo, da je mrhovica tiho. Globoko magnetno polje se očitno ni zasukalo na svoj običajni način, morda zato, ker so električni tokovi znotraj Sonca postajali šibkejši. Nekateri znanstveniki so ugibali, da sonce zahaja, vsaj začasno. Skupina sončnih fizikov je preučevala te spremembe in predvidevala, da bo Sončeva aktivnost v naslednjem 11-letnem ciklu sončnih žarkov lahko dosegla le polovico nedavnih ravni. To bi lahko imelo manjše posledice za podnebne spremembe. V preteklem stoletju je človeška aktivnost močno presegla Sončeve modulacije, ki vplivajo na podnebje Zemlje. Če se vzorec zmanjšane sončne aktivnosti nadaljuje v drugem Sončevem ciklu in naprej, bi lahko subtilno zmanjšanje energije iz Sonca nekoliko izravnalo globalno segrevanje.
Predvideva se, da bo Sonce doseglo vrhunec svojega trenutnega cikla sončnih žarkov konec leta 2013 ali v začetku leta 2014. Toda ni razloga, da bi mislili, da bo bolj trdno sonce ostalo tako. "Največji dogodek in geomagnetna nevihta v zapisani zgodovini" - dogodek iz leta 1859, ki ga je opazil Carrington - "se je zgodil med sončnim ciklom približno enake velikosti, kot ga bomo načrtovali v naslednjih nekaj letih, " pravi Phillips. Poleg tega je nedavna študija Suli Ma in njegovih kolegov iz Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziko pokazala, da tretjina sončnih neviht, ki udarijo na Zemljo, nastane brez sončnih bliskavic ali drugih opozorilnih znakov. Ti napadi sneženja kažejo, da je sonce lahko nevarno tudi, ko se zdi tiho.
Ni mogoče zaščititi Zemlje pred sončnimi izbruhi; močne nevihte bodo vedno motile magnetno polje našega planeta. Toda vnaprejšnje opozorilo lahko omeji njihov vpliv. Previdnostni ukrepi vključujejo zmanjšanje obremenitev moči za preprečevanje sunkov na električnih vodih, postavljanje satelitov v elektronski varni način in - v primeru Nasine - astronavtom, naj se zavetijo v najbolj utrjenih delih svojega vesoljskega plovila.
Tudi ob teh ukrepih bi dogodek, tako hud kot sončne nevihte iz leta 1859 ali 1921, povzročil pustoš, pravi sončni in vesoljski fizik Daniel Baker z univerze v Koloradu, glavni avtor poročila Nacionalnega raziskovalnega sveta iz leta 2008. Baker iz leta v leto postaja bolj odvisen od komunikacijske tehnologije, zaradi česar smo vedno bolj občutljivi na elektromagnetni kaos. "Ti [hudi] dogodki se verjetno zgodijo vsako desetletje, " pravi. "To je samo vprašanje časa, preden bo eden od njih zadel."
Baker in njegovi sodelavci so NASA in Nacionalno oceansko in atmosfersko upravo, ki vodi Center za vesoljsko napovedovanje v Boulderju v Koloradu, pozvali, naj razvijejo sistem satelitov za opozarjanje vesolja in vremena. Danes je edini instrument, ki lahko določi smer magnetnega polja znotraj bližajočega se izliva koronalne mase - kritičnega dejavnika za določitev, kako silovito bo vplival na Zemljo - na 13-letnem satelitu, ki nima skorajšnje zamenjave.
"Sonce je zelo spremenljiva zvezda, " opozarja Baker. "Živimo v njegovi zunanji atmosferi, kiber-električni kokon, ki obdaja Zemljo, pa je podvržen njenim muham. Raje bi se sprijaznili s tem. "
Robert Irion vodi program pisanja znanosti na kalifornijski univerzi v Santa Cruzu.
Izjemna ultravijolična slika sonca. Modre regije so najbolj vroče, z 1, 8 milijona stopinj Farenhita. (NASA / GSFC / AIA) 
Ko koronski izmet mase doseže Zemljo, sončni delci tečejo vzdolž vod magnetnega polja, energizirajo pline v ozračju in svetijo kot severne luči (v Manitobi). (Federico Buchbinder) 
Observatorij Solar Dynamics, ki je tu prikazan v umetnikovi zasnovi, je bil predstavljen leta 2010 in ponuja pogled brez sonca brez primere. (NASA) 
Vročinski teden na Soncu je vrhunec izbruhnil 1. avgusta 2010, ki je prižgal severne luči nad ZDA. (NASA) 
To je bil "eden najbolj osupljivih dni, kar sem jih kdaj videl na Soncu, " pravi Karel Schrijver o izbruhih avgusta 2010. (John Lee / Aurora Select) 
Opazovanja iz observatorija Solar Dynamics kažejo presenetljivo kompleksnost na Sončevi površini. Sončni vetrovi tečejo v vesolje iz temne "koronske luknje". (NASA) 
Magnetna nitka, ki pleše po sončni južni polobli, je dolga približno 340.000 milj, kar je približno 40 odstotkov daljša od razdalje od Zemlje do Lune. (Didier Favre) 
Sončni pramen, ki izbruhne od Sonca, zasleduje svetle magnetne zanke. (NASA) 
Philip Scherrer, blizu Stanfordovega sončnega observatorija, uporablja helioseizmologijo in magnetno slikanje, da razume globoke sončne strukture in vidi, kaj se dogaja na oddaljeni strani zvezde - preden se potencialne težave pojavijo. (John Lee / Aurora Select) 
Magnetna slika Sonca. (NASA) 
Instrumenti opazovalnice Solar Dynamics pošiljajo slike Sonca v različnih valovnih dolžinah. Ena valovna dolžina izliva koronske mase je lani poleti pokazala eksplozijo sevanja in magnetiziranega materiala, ki izbruhne s Sonca. (NASA) 
Ta valovna dolžina daje jasnejšo podobo eksplozije, ki se širi po površini Sonca. (NASA)
