Petrovay Kristóf

A Nap kapujában

V. A naptevékenység eredete

Honnét ered ez az erős mágneses tér, amely a felszín fölé tolul? Mi okozza a jelenség 11 éves periodicitását? Ezekre a kérdésekre a magnetohidrodinamika egy speciális fejezete, a dinamóelmélet keresi a választ. A dinamó olyan eszköz, amely képes a mozgási energia elektromágneses energiává alakítására, s így egy tetszőlegesen gyenge kezdeti mágneses tér felerősítésére. Ehhez nagyon speciális szerkezetű mozgások, áramok szükségesek. A kerékpárok vagy a gépkocsik esetében ezt a speciális szerkezetet a huzalozás biztosítja. A természetes körülmények között megvalósuló dinamókban viszont a vezető közegben zajló áramlások maguktól, csupán a rájuk ható erők hatása alatt képesek a mágneses tér fenntartására.

10. ábra

Látható, hogy a differenciális forgás a felszín alatti elég vastag tartományra jellemző, míg ennél is mélyebben, ahol a fortyogó hőáramlások már nem működnek, a Nap már mereven forog. A két tartomány közötti átmeneti réteg, melynek felső határát a 10. ábrán szaggatott vonal jelöli, az ún. tachoklína. Mivel a tachoklína igen vékony, a differenciális rotáció éppen itt a legerősebb, vagyis két közeli pont között itt léphet fel a legnagyobb sebességkülönbség.

11. ábra

A differenciális rotáció és a befagyás együttesen ahhoz vezet, hogy a Nap általános mágneses tere, mely napfoltminimum idején aránylag gyenge, a rúdmágneséhez hasonló szerkezetű ún. poloidális (dipólus-szerű) tér, néhány év alatt felcsévélődik egy sokkal erősebb, az egyenlítővel párhuzamos, ún. toroidális (tórusz-szerű) térré. Ezt mutatja a következő animáció. Amikor a toroidális tér elég erős lesz, instabillá válik, és a kis púpok, melyek a környező áramlások hatására képződnek rajta, spontán növekedésnek indulnak, mígnem a levált erővonalhurkok a felszínen áttörve aktív vidékeket hoznak létre. Ezt a folyamatot ma már számítógépes szimulációkkal részleteiben is követni tudjuk. A szimulációkból kiderül, hogy a feltörekvő fluxushurok a rá ható erők hatására aszimmetrikussá torzul (11. ábra). Ezt a jelenséget a napfoltok saját mozgásai és az aktív vidékek mágneses térszerkezete alapján jó 15 évvel ezelőtt van Driel-Gesztelyi Lídia kollégámmal sikerült megjósolnunk.

Animáció: A Nap-dinamó működése

Az erős tér létrehozása szempontjából lényeges, hogy a tachoklína a megfigyelések szerint nagyon vékony. Ez a vékonyság meglepő, ugyanis a számítások szerint a Nap fiatal kora óta a külső burok differenciális rotációja jelentős mértékben be kellett volna hogy hatoljon a napbelsőbe. Az ELTE Csillagászati Tanszékén az utóbbi években kifejlesztett számítógépes modellünk szerint a tachoklína vékonyságát maga a dinamómechanizmus által keltett erős mágneses tér tartja fenn. A befagyás miatt a tachoklínában létrejött erős mágneses tér akadályozza a rétegre felülről "ráerőltetett" differenciális rotációt, amely így nem tud oda mélyen behatolni. Ezt szemlélteti a Forgácsné Dajka Emese kollégám által készített animáció, mely a forgási sebesség és a mágneses térerősség változását mutatja a tachoklína észak-dél irányú metszetén egy 11 éves ciklus során.

Animáció: A vékony tachoklína