Erupce se na Slunci vyskytují od jeho „mladých let“. Poprvé se však vědcům tento jev podařilo přímo pozorovat až v roce 1859. Na povrchu naší nejbližší hvězdy se tehdy koncem srpna objevilo několik výrazných skvrn a o pár dní později se uvolnilo obrovské množství energie. Nyní víme, že šlo o sluneční erupci.
Když nabité částice urychlené erupcí dorazily k Zemi, způsobily silnou magnetickou bouři. „Vyřadila z provozu telegrafy v celé Evropě a Severní Americe, z telegrafních sloupů létaly jiskry. Polární záře byla k vidění i na Kubě, na Jamajce nebo na Havaji,“ připomíná dramatickou událost profesor Kazunari Šibata z Kjótské univerzity, který patří mezi přední odborníky na studium sluneční aktivity a zúčastnil se pražské konference.
Dnes by měla podobná událost mnohem horší následky. Nabité částice, které se při erupcích a následných výronech koronární hmoty uvolňují, mohou například poničit přístroje na družicích včetně navigačních družic nebo ohrozit život astronautů na oběžné dráze. Telegrafy jsou sice minulostí, ale o to zranitelnější je naše civilizace kvůli své závislosti na elektřině. Rozkolísané magnetické pole může na rozvodných sítích vedoucích od severu k jihu indukovat příliš velký náboj a způsobit vyhoření transformátorových stanic a následný blackout, jako se to stalo v roce 1989 v kanadském Quebecu.
Propojené siločáry
Sluneční aktivita semění v pravidelných jedenáctiletých cyklech. Některé jsou divočejší, jinémírnější. Nyní za sebou máme vrchol cyklu, který patřil k těm mírnějším. Pravidelný koloběh souvisí se změnami magnetického pole Slunce, které se zesiluje v důsledku proudění plazmatu. Při každém cyklu se také Slunce přepóluje – prohodí se magnetický severní a jižní pól.
Erupce
|
„Pod povrchem dochází ke konvekci plazmatu – je to podobné, jako když se vám vaří voda v hrnci. Horké plazma putuje k povrchu, chladnější klesá,“ vysvětluje profesor Petr Heinzel, sluneční fyzikz Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově. V místech, kde siločáry magnetického pole protínají viditelnou vrstvu povrchu neboli fotosféru, vzniká tak silné magnetické pole, že zabraňuje pohybu horkého plazmatu z hlubin. Tato oblast je chladnější a my ji pozorujeme jako tmavou skvrnu.
Jak to souvisí s erupcemi? Ty vznikají ve chvíli, kdy se komplikované magnetické siločáry v oblasti skvrn propojí. „Dojde u nich k takzvané rekonexi, která souvisí s tím, že všechno v přírodě se snaží dosáhnout energeticky co nejjednoduššího stavu. Přitom se uvolní obrovské množství energie ve formě tepla, záření a nabitých částic, které pak mohou putovat k Zemi a reagovat s jejímmagnetickým polem,“ konstatuje Petr Heinzel.
Jednou za 5000 let
Nejsilnější dosud zaznamenané erupce na Slunci, označované jako erupce třídy X, mají energii kolem 10 na 32 ergů (jeden joule odpovídá deseti milionům ergů). Vědci ovšem zaznamenávají erupce i na jiných hvězdách – především na těch typech hvězd, které jsou o něco chladnější než Slunce. „Časté jsou například na červených trpaslících, kteří mají povrchovou teplotu kolem 3000 stupňů Celsia, zatímco na Slunci je zhruba dvojnásobná. Na některých červených trpaslících můžeme pozorovat erupce skoro každou noc,“ říká Petr Heinzel.
Nedávno ale japonští vědci objevili velmi silné erupce i na hvězdách, které se velikostí, stáříma teplotou podobají našemu Slunci. Využili k tomu data americké družice Kepler, která sloužila především k hledání exoplanet u hvězd. Zaznamenali dokonce erupce o energii 10 na 36 ergů, tedy o čtyři řády větší, než jsou nejsilnější výbuchy na Slunci. Zavedli pro ně nový termín: supererupce.
Venuše končí přechod přes Slunce. Pohled z Barcelony.
Supererupce jsou velmi vzácné. K těm s energií o tři až čtyři řády větší než na Slunci dochází odhadem jednou za 5000 let. Jak je tedy můžeme pozorovat? „Využili jsme toho, že družice Kepler sledovala nepřetržitě po několik let velké množství hvězd. Pokud se supererupce u jedné hvězdy vyskytne jednou za 5000 let, stačí pozorovat 5000 hvězd a statisticky se dá předpokládat, že ji objevíte během jednoho roku,“ vysvětluje jednoduchou úvahu Kazunari Šibata.
Družice Kepler přitom sledovala 150 tisíc hvězd, z toho 83 tisíc hvězd podobných Slunci. Šibata proto spolu s kolegy z Kjótské univerzity zaúkoloval pětici studentů, aby prostudovali data z Keplera a hledali v nich anomálie prozrazující erupci. „K našemu údivu našli celkem 365 supererupcí u 148 hvězd podobných Slunci,“ říká japonský odborník. U mladých hvězd totiž k supererupcímdochází mnohem častěji. Výsledek zveřejnili v roce 2012 ve vědeckém časopise Nature.
Co by se stalo, pokud by k takové supererupci došlo na Slunci? „Pravděpodobně by vyřadila z provozu všechny družice na oběžné dráze, nefungovalo by ani rádiové spojení, mohl by nastat celosvětový blackout. Astronauti, ale i lidé v letadlech by dostali fatální dávku škodlivého záření. Porušila by se ozonová vrstva, což by vedlo ke zvýšeným dávkám UV záření na zemský povrch,“ jmenuje možné důsledky Kazunari Šibata.
„Nesmíme ale zapomínat, že jde o skutečně vzácné jevy, které se objevují jednou za několik tisíciletí. Naše Slunce je navíc méně aktivní a rotuje pomaleji než hvězdy, u kterých byly supererupce pozorovány, takže taková událost není příliš pravděpodobná,“ mírní obavy Petr Heinzel. Záleží také na tom, ve které části slunečního disku by k erupci došlo. „Pokud by vznikla na východním okraji, nabité částice by Zemi zcela minuly. Kdyby se objevila na západním okraji, dopad na naši planetu by byl značný,“ doplňuje František Fárník z Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově.
Přímé důkazy, zda taková událost Slunce potkala někdy během jeho dosavadní čtyři a půl miliardy let dlouhé historie, nemáme. Japonský vědec připomíná, že v minulosti na Zemi došlo k několika masovým vyhynutím druhů. „Nemůžeme vyloučit, že některá souvisela právě se sluneční supererupcí,“ podotýká Kazunari Šibata.
Podle svých slov má v plánu zaměřit se na hledání geologických důkazů, například izotopy některých prvků, které by tuto hypotézu mohly potvrdit. Zároveň připomíná studie svého kolegy Fusy Mijakeho, který našel zvýšené množství izotopu uhlíku C14 v letokruzích stromů z let 775 a 993 a za nejpravděpodobnější vysvětlení považuje právě velkou sluneční erupci – naštěstí ne tak silnou, aby zásadním způsobem ovlivnila život na naší planetě. Šibata má ale v úmyslu prohledat staré kroniky a další archivní záznamy ze zmíněných let, zda v nich nenajde zmínku o podivných nemocích či nevysvětlitelných úmrtích.
Předvídat je zatím neumíme
Přestože základní princip vzniku erupcí vědci znají, řada otázek zůstává nezodpovězených. I proto zatím nedokážeme podobné události předpovídat. Změnit by to mohl například nový japonský sluneční dalekohled, na jehož stavbu shání Kjótská univerzita prostředky, ale i další projekty. Jedním z nich je tříletý projekt Evropské komise F-CHROMA, sdružující 30 vědců ze sedmi evropských institucí včetně Astronomického ústavu AV ČR. Soustředí se na výzkum erupcí a jejich projevů v nižší vrstvě sluneční atmosféry – v takzvané chromosféře.
„Většina energie uvolněné při erupcích se projevuje právě v chromosféře. Chceme proto zkoumat spektra erupcí a tím se dozvídat nové informace o jejich fyzikálních vlastnostech,“ přibližuje projekt jeho koordinátorka Lyndsay Fletcherová z Univerzity v Glasgow. Při erupcích dochází k urychlování nabitých částic v nejvyšší vrstvě sluneční atmosféry – v tzv. koróně. Odtud se šíří do meziplanetárního prostoru, ale i opačným směrem, do chromosféry. Tam interagují s plazmatem a právě pozorování těchto reakcí může vědcům ledacos prozradit.
Video zachytilo zblízka velkou sluneční erupci.
Poslouží k tomu data z pozemních i kosmických dalekohledů. „Pozemní teleskopy mají tu nevýhodu, že nemohou pozorovat ve všech částech elektromagnetického spektra, neboť jeho velkou část pohlcuje zemská atmosféra. Na rozdíl od družic ale mohou Slunce snímkovat mnohem častěji, protože nejsme omezeni kapacitou přenosu dat z oběžné dráhy. Získáváme tak videosekvence s mnohem vyšším časovým rozlišením,“ říká Lyndsay Fletcherová.
Čeští vědci mají v projektu na starost teoretické modelováníamatematické simulace procesů, k nimž při erupcích dochází. K pozorováním se navíc využije i sluneční dalekohled v Ondřejově.
Dalším projektem, na němž se čeští výzkumníci podílejí, je družice Evropské kosmické agentury Solar Orbiter. Má startovat v roce 2017 a od dosavadních družic zaměřených na výzkum Slunce se liší především tím, že se k němu vydá mnohem blíž – přibližně do stejné vzdálenosti jako planeta Merkur. Češi se podílejí na vývoji tří vědeckých přístrojů, které budou umístěny na palubě sondy. „Pro přístroj STIX vyvíjíme napájecí zdroje a letový software, pro RPW napájecí zdroj a pro METIS optické členy,“ uvádí František Fárník, který zaštiťuje spolupráci s Evropskou kosmickou agenturou.
První zmíněný přístroj bude sloužit právě pro výzkum erupcí. Za pár let tedy snad budeme i díky českým vědcům vědět o jejich vzniku zase o něco víc.
