Για τους φίλους του νυχτερινού ουρανού ο Αύγουστος είναι, μεταξύ άλλων, ο μήνας των Περσείδων, μιας βροχής διαττόντων (πεφταστέρια), η οποία οφείλεται στα υπολείμματα της ουράς του κομήτη Σουίφτ-Τατλ. Καθώς η Γη περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο, κάθε χρόνο μεταξύ Ιουλίου και Αυγούστου σαρώνει την περιοχή όπου βρίσκονται αυτά τα υπολείμματα, με αποτέλεσμα σωματίδια διαφόρων μεγεθών να εισέρχονται στην ατμόσφαιρα και να «καίγονται» προκαλώντας τις χαρακτηριστικές επιμήκεις φωτεινές λάμψεις.
Το όνομά τους οφείλεται στον αστερισμό του Περσέα, ο οποίος προβάλλεται στην περιοχή της ουράνιας σφαίρας όπου παρατηρείται ο μέγιστος ρυθμός διαττόντων. Το φαινόμενο της συγκεκριμένης βροχής των διαττόντων κορυφώνεται γύρω στις 12 Αυγούστου και είναι από τα πιο ενδιαφέρονται και εύκολα νυχτερινά θεάματα σε περιοχές με καθαρούς ουρανούς και μακριά από τη φωτορύπανση.
Ωστόσο, το θέμα του παρόντος άρθρου δεν είναι οι διάττοντες αστέρες ούτε η βροχή, αλλά τα πρόσφατα αποτελέσματα σχετικά με ένα φαινόμενο που παρατηρείται στον Ήλιο και ονομάζεται στεμματική βροχή. Οι ερευνητές συχνά δανείζονται ονόματα φαινομένων που είναι οικεία στο ευρύ κοινό για να περιγράψουν σχηματισμούς που παρουσιάζουν μορφολογικές ομοιότητες, ακόμα και αν δεν έχουν καμία απολύτως σχέση με τα πρώτα. Το ίδιο έκανε πρόσφατα και μια ομάδα διεθνής ομάδα ερευνητών, οι οποίοι μελέτησαν το φαινόμενο της στεμματικής βροχής (άλλος ένας δανεισμός) και εντόπισαν σχηματισμούς που θύμιζαν διάττοντες αστέρες, χωρίς φυσικά να έχουν καμία σχέση με το θέαμα που θα παρατηρήσουμε τον Αύγουστο.
Ο Ήλιος και το στέμμα του
Λόγω της εγγύτητάς του, ο Ήλιος είναι το μόνο αστέρι του οποίου την επιφάνεια και ατμόσφαιρα μπορούμε να παρατηρήσουμε με μεγάλη λεπτομέρεια. Η σύγχρονη έρευνα στην ηλιακή φυσική, δηλαδή στον κλάδο της αστροφυσικής που μελετά τον Ήλιο, εστιάζει στην παρατήρηση των ηλιακών ατμοσφαιρικών φαινομένων, με σύγχρονα τηλεσκόπια και διαστημικές αποστολές, και στην κατανόησή τους. Ωστόσο, συχνά η αναφορά σε επιφάνεια και ατμόσφαιρα στην περίπτωση του Ήλιου προκαλεί έκπληξη. Πώς μπορεί άλλωστε μια τεράστια ρευστή σφαίρα από πλάσμα (μια κατάσταση της ύλης που μοιάζει με αέριο αλλά αποτελείται κυρίως από φορτισμένα σωματίδια) να έχει επιφάνεια και ατμόσφαιρα;
Για τα αντικείμενα που είναι στερεά γίνεται εύκολα αντιληπτό πως η επιφάνεια ορίζει το περίβλημα που είναι ορατό (σε αντίθεση με το εσωτερικό που παραμένει κρυμμένο). Ταυτόχρονα, όπως και στην περίπτωση της Γης, ορίζουμε ως ατμόσφαιρα ενός ουράνιου σώματος το αέριο στρώμα που το περιβάλλει. Με αντίστοιχο τρόπο ορίζουμε την επιφάνεια και ατμόσφαιρα του Ήλιου. Το εσωτερικό της ηλιακής σφαίρας, μέσα στο οποίο παράγεται η ενέργεια που ακτινοβολείται τελικά στο διάστημα, είναι αδιαφανές, δηλαδή αόρατο σε όλα τα είδη ηλεκτρομαγνητικής (ορατής και μη στα μάτια μας) ακτινοβολίας. Επομένως, ως επιφάνεια του Ήλιου ορίζεται εκείνο το στρώμα από όπου η ενέργεια αυτή τελικά διαφεύγει στο διάστημα. Αυτό εκτείνεται κατακόρυφα λίγες εκατοντάδες χιλιόμετρα και αποτελεί, ταυτόχρονα, την φωτόσφαιρα, το χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας του Ήλιου, επειδή ακριβώς από εκεί προέρχεται το (συνεχές) φως του Ήλιου. Η θερμοκρασία στη φωτόσφαιρα φτάνει τους 6000 βαθμούς περίπου και μειώνεται καθώς απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια. Όταν παρατηρούμε τη φωτόσφαιρα με μεγάλα τηλεσκόπια παρατηρούμε ότι αποτελείται από κόκκους, δηλαδή τεράστιες λαμπρές φυσαλίδες που διακόπτονται από λεπτές σκοτεινές λωρίδες. Αυτές σχηματίζονται επειδή το θερμό υλικό ανέρχεται, ψύχεται, και στη συνέχεια κινείται οριζόντια και καθοδικά επιστρέφοντας πάλι στο εσωτερικό.
Γύρω στα 500 χιλιόμετρα ψηλότερα, και ενώ η θερμοκρασία έχει πέσει στους περίπου 4500 βαθμούς, ξεκινά μια σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας για τα επόμενα 2000 περίπου χιλιόμετρα. Το τμήμα αυτό της ατμόσφαιρας ονομάζεται χρωμόσφαιρα και είναι πολύ αραιό, επομένως η παρατήρησή του μπορεί να γίνει μόνο με ειδικά φίλτρα που απομονώνουν το φως που απορροφάται από στοιχεία όπως το υδρογόνο, το ασβέστιο, το νάτριο κ.α. Το όνομα της χρωμόσφαιρας οφείλεται στο ροζ χρώμα που έχει το ακανόνιστο αυτό στρώμα, όταν παρατηρείται κατά τη διάρκεια των ολικών ηλιακών εκλείψεων.
Ωστόσο, το πιο εντυπωσιακό θέαμα, όταν ο σεληνιακός δίσκος καλύπτει πλήρως τον ηλιακό, είναι το στέμμα, ένα λαμπρό περίβλημα, άλλοτε σχεδόν ομοιόμορφο γύρω από τον Ήλιο και άλλοτε επίμηκες που εκτείνεται αρκετές φορές όσο η ακτίνα του αστέρα μας. Το στέμμα βρίσκεται πάνω από τη χρωμόσφαιρα, βρίσκεται σε θερμοκρασία που ξεπερνά το ένα εκατομμύριο βαθμούς και η μορφολογία του είναι πολύ διαφορετική από εκείνη της φωτόσφαιρας. Στο στέμμα κυριαρχεί το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου και για αυτό το λόγο το υλικό φαίνεται συγκεντρωμένο σε μαγνητικούς σχηματισμούς που έχουν το σχήμα βρόχων. Αυτοί ξεκινούν και καταλήγουν στην επιφάνεια του Ήλιου, όπου βρίσκονται συγκεντρωμένα ισχυρά μαγνητικά πεδία, είτε τα μικρότερα από αυτά που είναι στριμωγμένα ανάμεσα στους φωτοσφαιρικούς κόκκους ή τα πιο εκτεταμένα που σχηματίζουν της ηλιακές κηλίδες και τα κέντρα δράσης.
Ένα από τα βασικότερα ερωτήματα της ηλιακής φυσικής και της σύγχρονης αστροφυσικής είναι πώς θερμαίνεται το στέμμα του Ήλιου και των αστεριών που μοιάζουν με αυτόν. Όπως ήδη φάνηκε από την περιγραφή που προηγήθηκε, ενώ η θερμοκρασία στην επιφάνεια του Ήλιου είναι γύρω στους 6000 βαθμούς, στο στέμμα φτάνει στα μερικά εκατομμύρια. Μια τέτοια αύξηση είναι παράλογη καθώς το στέμμα βρίσκεται πιο μακριά από την πηγή ενέργειας του Ήλιου και θα έπρεπε η θερμοκρασία να συνεχίσει να μειώνεται· είναι σαν να απομακρυνόμαστε από μια φωτιά και να ζεσταινόμαστε. Από τα μέσα του 20ου αιώνα, που έγινε αντιληπτό αυτό το φαινόμενο, αναζητούνται μηχανισμοί, οι οποίοι θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν με την απαραίτητη ενέργεια το στέμμα, προκαλώντας την παρατηρούμενη αύξηση στη θερμοκρασία. Οι μηχανισμοί αυτοί κατατάσσονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες. Η πρώτη περιλαμβάνει εκείνους που προβλέπουν ότι διαφόρων ειδών κύματα ταξιδεύουν κατά μήκος των μαγνητικών βρόχων και αποδίδουν μέρος της ενέργειας που μεταφέρουν στο πλάσμα της χρωμόσφαιρας και του στέμματος. Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν εκείνοι που προβλέπουν ότι το στέμμα θερμαίνεται από μικροσκοπικές εκρήξεις, τις νανοεκλάμψεις, οι οποίες πυροδοτούνται από την αλληλεπίδραση μεταξύ των μαγνητικών σχηματισμών. Παρά την πληθώρα πιθανών εφικτών μηχανισμών, ακόμα δεν έχουμε χειροπιαστές αποδείξεις για τη δράση κάποιων από αυτούς, επομένως η μελέτη του στέμματος, των κυμάτων στην ηλιακή ατμόσφαιρα και των μαγνητικών σχηματισμών παραμένει στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος της ηλιακής φυσικής.
Στεμματική βροχή και διάττοντες αστέρες
Όταν παρατηρούμε το στέμμα με ειδικά φίλτρα στο υπεριώδες φως από τηλεσκόπια που βρίσκονται στο διάστημα βλέπουμε να αποτελείται από ένα σύνολο φωτεινών βρόχων. Αυτοί φαίνονται ακόμα πιο εντυπωσιακοί όταν παρατηρούμε το χείλος του ηλιακού δίσκου, από το οποίο προεξέχουν και προβάλλονται πάνω στο σκοτεινό ουρανό. Η δομή και οι ιδιότητες αυτών των βρόχων, όπως το πάχος, η θερμοκρασία και η δυναμική τους εξέλιξη έχουν μεγάλη σημασία καθώς μπορούν να μας δώσουν στοιχεία για το μηχανισμό που τους θερμαίνει.
Τα τελευταία τριάντα περίπου χρόνια παρατηρούμε συστηματικά τους στεμματικούς βρόχους με διαστημικά τηλεσκόπια. Η αποστολή Solar Orbiter, που περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο μας δίνει πλέον τις πιο λεπτομερείς εικόνες τους, καθώς φωτογραφίζει τον Ήλιο από την κοντινότερη απόσταση που έχει βρεθεί ποτέ ανθρώπινο τηλεσκόπιο, πιο κοντά από ό,τι βρίσκεται ο πλανήτης Ερμής. Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Πάτρικ Άντολιν του Πανεπιστήμιου Νορθάμπρια στο Νιούκαστλ, μελέτησε το φαινόμενο της στεμματικής βροχής, προσπαθώντας να εντοπίσει τους μικρότερους δυνατούς σχηματισμούς και να καταγράψει τις ιδιότητές τους. Η στεμματική βροχή είναι ένα φαινόμενο που εμφανίζεται όταν το πολύ θερμό υλικό (πλάσμα) του στέμματος ψύχεται, συμπυκνώνεται και πέφτει, ακολουθώντας τους μαγνητικούς βρόχους.
Από παλαιότερες παρατηρήσεις γνωρίζαμε ότι η στεμματική βροχή είχε τη μορφή «σβόλων» πλάσματος, οι οποίοι φαίνονταν λαμπρότεροι καθώς κινούνταν κατά μήκος του μαγνητικού πεδίου. Οι εικόνες που μας έδωσε το Solar Orbiter μπορούσαν να διακρίνουν σχηματισμούς μικρούς όσο περίπου 240 χιλιόμετρα σε έκταση, σχεδόν τρεις φορές μικρότερους από ό,τι μπορούσαμε μέχρι σήμερα. Με αυτό τον τρόπο δόθηκε η δυνατότητα στους ερευνητές να μελετήσουν το φαινόμενο σε μικρότερες κλίμακες αλλά και τις επιπτώσεις του στα στρώματα της ατμόσφαιρας που βρίσκονται χαμηλότερα. Σε πολλές περιπτώσεις παρατηρήθηκε ότι καθώς οι σβώλοι πλάσματος κινούνται καθοδικά, θερμαίνουν και συμπιέζουν το υλικό που βρίσκεται από κάτω τους και προκαλούν φωτεινά ίχνη, όπως περίπου συμβαίνει με τα μετέωρα που εισέρχονται στη γήινη ατμόσφαιρα (πεφταστέρια/διάττοντες). Το αποτέλεσμα αυτής της κίνησης είναι ο βρόχος να θερμαίνεται ενώ καθώς το κατερχόμενο υλικό ψύχεται περαιτέρω, προκαλεί εκπομπή σε μήκη κύματος που αντιστοιχούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Επομένως, φαίνεται ότι το φαινόμενο της στεμματικής βροχής προκαλεί μετρήσιμες μεταβολές στα χαμηλότερα στρώματα της ηλιακής ατμόσφαιρας. Ταυτόχρονα, η παρατήρηση των ραγδαίων αυτών μεταβολών σε πολλές διαφορετικές θερμοκρασίες και ατμοσφαιρικά ύψη καταδεικνύουν την μεγάλη μεταβλητότητα του στέμματος, καθώς αυτό υπόκειται σε θερμικές αστάθειες λόγω του μηχανισμού θέρμανσης που δρα σε αυτό. Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι παρατηρήσεις αυτές μπορούν να μας βοηθήσουν να διακρίνουμε το είδος των μηχανισμών που θερμαίνουν το ηλιακό στέμμα.
Γιάννης Κοντογιάννης
Πηγές
https://arxiv.org/abs/2305.11691
https://ras.ac.uk/news-and-press/news/solar-astronomers-discover-shooting-stars-suns-corona
Πηγή: H ΑΥΓΗ
