A Földön szimulálták a Nap felszínén megfigyelhető anyagkilövelléseket

Az X3,1-es napkitörés a legnagyobb napfoltból ered.

Bekapcsolt hangszóróra öntött folyadékoldat segítette a tudósokat annak megértésében, hogy miként keletkeznek a Nap felszínén megfigyelhető anyagkilövellések. A magyar vezetésű, nemzetközi kutatócsoport tagjai kísérletükkel első ízben bizonyították, hogy a napszpikulák keletkezését és nagy számát egy egyszerű mechanizmus, a konvekció okozhatja.

A sugárszerű anyagkilövellés (jet) rendkívül gyakori a természetben. Ennek egyik példája a hím alligátorok párzási viselkedése során figyelhető meg: amikor az aligátor épphogy a vízfelszín alá meríti nyakát, mély, basszus tartománybeli frekvenciákon hangos morgást hallat, aminek hatására vízsugarak kezdenek táncba a tó felszínén. A jelenségért felelős fizikai mechanizmus a Faraday-gerjesztés, amelyet először 1831-ben Michael Faraday angol fizikus demonstrált sekély folyadékban egy rugalmas membrán segítségével - részletezik az ELKH közleményben.

A Nap felszínén is megfigyelhető hasonló anyagkilövellés az anyag negyedik halmazállapotaként is emlegetett szuperforró plazmában. A szoláris szpikulákat régóta vizsgálják a tudósok, de keletkezésüket még nem sikerült teljes mértékben megmagyarázni.

Magyar, indiai és brit tudósok egy csoportja a közelmúltban olyan kísérletet végezett, amelynek során erre kerestek magyarázatot. A csillagászok polimerfizikusokat hívtak segítségül, hogy laboratóriumi körülmények között vizsgálhassák a jelenséget. Egy elfektetett, bekapcsolt hangszóróra folyadékoldatot öntöttek, amely a rezgés hatására függőleges jeteket lövellt ki. A polimerfolyadékok speciális tulajdonsága, hogy alkotóelemeik összekapcsolódnak egy kitüntetett irányban - éppen úgy, mint ahogy a Nap plazmáját alkotó elemek is sugarakba rendeződnek a mágneses tér mentén. A hangszóróra azért volt szükség, mert a tudósok így tudták szimulálni a Nap felszínére merőleges rezgését (a globális szoláris oszcillációt) - olvasható a csütörtöki közleményben.

Balra fent a napszpikulák csillagászati felvétele, a többi képen a kísérletben létrehozott kilövellések láthatók Forrás: Nature

A kísérlettel a Piyali Chatterjee (Indiai Asztrofizikai Intézet / Bengaluru) és Erdélyi Róbert (ELTE Csillagászati Tanszék/ Sheffieldi Egyetem) által vezetett nemzetközi tudóscsoport első ízben bizonyította, hogy a napszpikulák keletkezését és nagy számát egy régről ismert, egyszerű mechanizmus, a konvekció okozhatja.

A mechanizmus - ahhoz hasonlóan, ahogy melegítés közben az edényben forr a víz - nagyjából periodikus, igen erős lökéseket gyakorol a plazmára a napfelszín (a fotoszféra) fölött elhelyezkedő vékony rétegben, vagyis a kromoszférában. A kromoszféra anyaga körülbelül 500-szor könnyebb, mint a fotoszféráé, ami azt jelenti, hogy ezek a konvekciós mozgás által generált, alulról érkező erős lökések a kromoszférikus plazmát hosszúkás, 300-1000 kilométer széles és 5 ezer-30 ezer kilométer magas, henger alakú jetek formájában lövik ki.

A Nap atmoszférájában sok, különféle magasságú és sebességű szpikulát látnak a tudósok, és éppen ez a sokféleség nehezíti a kialakulásuk megértését. A polimerfolyadék-kísérlettel azonban a kutatócsoportnak sikerült azt is megmutatnia, hogy a Nap konvekciója önmagában is sokféle különböző anyagkiáramlást képes kialakítani. Amikor ugyanis kilövellés közben a konvekcó által gerjesztett hullámok amplitúdója túlságosan megnő, nemlineáris hullámtörés keletkezik. Ez a jelenség máshol is megfigyelhető, például az óceánok nagy hullámmozgásaiban vagy a galaxisok spirálkarjaiban.

"A kutatás során közvetlen bizonyítékot kerestünk arra, hogyan lehet jelen mintegy 3 millió szpikula egyszerre a Nap felszínén, és a polimer folyadékok fizikájába nyújtott egyedi bepillantás valóban alapvető felfedezést tett lehetővé" - magyarázza a közleményben Erdélyi Róbert csillagász.

A Nap felszínén látható anyagkilövellések Forrás: NASA/SDO

Mint a közleményben kitérnek rá, a kutatás azért is számít rendkívül fontosnak a szakterületen, mert a szpikulák nagy száma miatt a kutatók feltételezik, hogy a plazmakilövellések kulcsszerepet játszanak a Naprendszer tömeg- és energiaszállításban. Ennek mikéntjére azonban a modern plazma-asztrofizika még nem talált magyarázatot.

A kutatás az ELTE-n a Felsőoktatási Intézményi Kiválósági Program (FIKP) asztro- és részecskefizikai tématerületének keretében zajlik, Frei Zsolt vezetésével. A csoport magyar tagjai az IRIS űreszköz által készített megfigyelések adatainak elemzéséhez és annak elméleti értelmezéséhez járultak hozzá szakértelmükkel.

Az eredményeket összegző tanulmány március 3-án jelent meg a Nature Physics lapban, illetve a SharedIt-en is olvasható.