A napfoltciklusok és a pillangódiagram

A napfolttevékenység megértése és a napviharok idejének, illetve intenzitásának előrejelzése az élet számos területén könnyítené meg világszerte több tízezer szakember munkáját.

De kezdjük az elején, mik is azok a napfoltok, és milyen ciklikusság érvényesül megjelenésükben?

A napfoltok erős mágneses aktivitású régiók, amelyekből napflérek és koronakilövellések keletkezhetnek. (Napflér keletkezésekor hirtelen, néhánymásodperc alatt több tízmillió fokosra hevül egy kicsiny terület a napfelszín fölött.) A flérek és a koronakilövellések megjelenését valószínűleg a Nap belső mágneses mezejének változása okozza. A Nap fényes korongja előtt sötét foltoknak tűnnek, mert a régiók közepének hőmérséklete legalább ezer fokkal alacsonyabb, mint a környező, 5700 Celsius-fokos fotoszféráé.

A napfoltok száma idővel változik, számuk 11 évente éri el a maximumot. A 11 éves ciklust 1843-ban Samuel Heinrich német csillagász írta le.

A pillangó

A ciklus során nemcsak a napfoltok száma fluktuál, hanem elhelyezkedésük is. Hale amerikai csillagász mutatott rá, hogy a foltok rendszerint párban jelennek meg, s nagyjából párhuzamosan állnak a Nap egyenlítőjével. Egy ciklus alatt az újonnan megjelenő napfoltok az északi és déli 35 fokos szélességtől a Nap egyenlítője felé vándorolnak.

1904-ben Edward Maunder angol csillagász különleges alakzatot érzékelt a ciklusban. Ha grafikonon ábrázoljuk a napfoltok megjelenésének helyét és a ciklus ideje alatti vándorlásukat a napi egyenlítő felé, akkor ciklusonként egy kétszárnyú pillangóra emlékeztető formát kapunk.

Az ismeretlen Nap-dinamó

A csillagászok világszerte igyekeznek megérteni, hogy a 11 éves ciklus során a napfoltok miért vándorolnak a napi egyenlítő irányába. A jelenség megértéséhez ismerni kellene a Nap-dinamó működését, ez azonban egyelőre az asztrofizika egyik nagy megoldatlan problémája.

Az elmúlt évek helioszeizmológiai kutatásai eredményeképpen ismert viszont, hogy a Nap belseje – a mag és a sugárzási zóna – gyorsabban forog a felső rétegeknél. E két zóna eltérő forgási sebessége siklik el egymás felett, és sokan vélik úgy, hogy épp ez a „nyírási” felület, az ún. tachoklin gerjeszti a Nap általános mágneses mezejét.

Ez a belső nyíró mozgás az észak-déli irányú mágneses erővonalakat megnyújtja, elcsavarja, majd föltekeri a Napra. Eközben energiával telíti őket – ahogyan energiát tárol egy kifeszített gumiszalag is. Emiatt végül irdatlan mágneses erővonalkötegek jöhetnek létre, melyek följebb emelkednek, majd kitüremkednek a fotoszférába, ahol hurkok, proturberanciák és napfoltok formájában nyilvánulnak meg.

Kusza elektromágneses folyamatok

A Nap elektromágneses folyamatai rendkívül kuszák, nem csoda hogy a napfoltok ciklikusságát precízen szemléltető számítógépes szimulációk még nem születtek. A Napban szinte minden anyag elektromos vezető (szemben a Földdel!), az elektromos töltésű részecskék illetve a mozgó plazma pedig mágneses mezőt hoz létre. A mozgó mező szintén áramot indukál, s azok ismét csak mágneses mezőt gerjesztenek. A plazma és a mágneses-elektromos hatások eme kavalkádját nem könnyű szimulálni.

Nem csoda, hogy a pillangószerű napfolt vándorlására sincs általánosan elfogadott magyarázat. A leginkább elfogadott elmélet – amely többek között Mausumi Dikpati, az amerikai High Altitude Observatory munkatársának nevéhez fűződik – a vándorlást a szélességi körökre merőleges, ún. meridionális áramlással magyarázza.

Hajtószíj

Az áramlás leginkább a földi nagy óceáni áramláshoz, a nagy óceáni hajtószíjhoz hasonlítható. Az északi- és a déli féltekén is a két nagy áramlás a Nap egyenlítőjétől a pólusokig a felszínen halad. Ott az áramlat megfordul, és a Nap belsejének külső rétegében vonul visszafelé a napi egyenlítőhöz. Célba érve újra megfordul, és ismét a felszínen indul tovább a sarkok felé.

A cirkulációs ciklus hossza 22 év, vagyis két napfoltciklus idejével egyenlő. Dikpati elmélete szerint a napfoltok lenyomatot hagynak a felszíni áramlatban, amelyet aztán az áramlat magával visz a mélybe is, ahol a napfoltokat is előidéző mágneses mező generálódik. Az új napfoltok aztán az adott cirkuláció napfolt-lenyomatai alapján képződnek.

Dikpati és kollégái úgy vélik, ha megértik a meridionális áramlás sebességét és a Nap múltbéli napfolt-ciklusainak összefüggését, előre tudják majd jelezni a napfoltaktivitások idejét és intenzitását is.

Jelenlegi számításaik szerint egyébként a következő, 24-es napfoltciklus kicsit késik, mivel a meridionális áramlás némileg lassult. Az előrejelzésük szerint a következő napfolt-ciklus 2007-2008 fordulóján kezdődhet. Ez azt jelenti, hogy a 24-es számú ciklus 11 évvel és hat hónnappal a 23-as után veszi kezdetét.