Krzysztof Gęsicki. Astrofizyka1. fizyka układu słonecznego. Wykładkursowydla2r.studiówAS1. wykład 1: współczesne obserwacje Słońca

Transkrypt

1 Krzysztof Gęsicki Astrofizyka1 fizyka układu słonecznego Wykładkursowydla2r.studiówAS1 wykład 1: współczesne obserwacje Słońca

2 nasza najbliższa gwiazda sporo możemy wypatrzyć własnym okiem przy pomocy niewielkiego teleskopu FunintheSun:AWhite-LightGuidetoOurNearestStar celestial-objects-to-watch/sun/sun-white-light-guide-nearest-star/

3 pociemnienie brzegowe oczywiście lepiej jest widoczne na fotografiach ale jeśli macie okazję obejrzeć całą tarczę Słońca- też je dostrzeżecie

4 plamy słoneczne

5 plamy należy oglądać przez odpowiednie filtry ale czasem rolę filtrów spełniają chmury

6 granulacja tarczy słonecznej(jest animacja) oraz pochodnie(w j.ang. faculae)

7 jest filmik pokazujący aktywność i wzrost liczby plam jest animacja pokazująca rotację i wzrost liczby plam

8 obserwowana powierzchnia Słońca fotosfera nad nią przezroczysta chromosfera o temperaturze ok K wyżej rozciąga się przezroczysta korona o temperaturze miliona K jeszcze dalej wiatr słoneczny pod fotosferą warstwa konwektywna promieniste jądro, w którym generowana jest energia

9 pod powierzchnią Słońca wytwarzane są pola magnetyczne koncentrują się w plamach słonecznych unoszone są w pętlach przez fotosferę do rejonów zewnętrznych tworzą niewidzialne pętle, wypełnione gorącym, zjonizowanym gazem, (widocznym w zakresach e-uv oraz X) zkoleidziurykoronalnenieemitująwx, ale otwarte linie pola magnetycznego sprzyjają wypływowi materii

10

11 nierozwiązane problemy pochodzenie pól magnetycznych szczegóły mechanizmu dynama słonecznego zmiana biegunowości obserwowana w obszarach okołobiegunowych skupienie pól magnetycznych w plamach letni cykl aktywności dlaczego poszczególne cykle różnią się długością? co powoduje anomalie, jak np. minimum Maundera? procesy ogrzewające koronę do milionów stopni pochodzenie wiatru słonecznego i mechanizm(y) rozpędzania przyczyny rozbłysków i wyrzutów materii, oraz ich nieprzewidywalność

12 dla wyjaśnienia tych zagadek zorganizowano cały szereg misji kosmicznych

13 trochę nowsze dane(kuznetsov 2014)

14 Yohkoh zapoczątkował epokę kamer CCD w obserwacjach Słońca zaprojektowany do badania potężnych rozbłysków(flar), najlepiej widocznych w okolicach maksimum aktywności wyposażony w kamery i spektrometry zakresu X, dostarczył milionów obrazów, rejestrując Słońce w ciągu całego cyklu aktywności wykazał, że flary i koronalne wyrzuty materii mogą być wyzwalane przez zjawisko rekoneksji magnetycznej u podstawy korony znana jest sekwencja obrazów ilustrująca 11-letni cykl aktywności, różnicawjasnościwxpomiędzyminimumamaksimumjestoczynnik100

15

16 Ulysses jako ten legendarny Ulises badał nieznane dotąd terytoria na orbitę ponad biegunami Słońca dotarł wspierając się grawitacją Jowisza w ciągu 17 lat funkcjonowania zatoczył 3 obiegi po orbicie biegunowej najbardziej spektakularny rezultat rozkład gęstości i prędkości wiatru słonecznego pokazany jest na rysunku

17

18 Wind przeznaczony do pomiaru cząstek i pól magnetycznych na styku wiatru słonecznego z magnetosferą ziemską współpracuje z satelitami POLAR i GEOTAIL badającymi okolice biegunów magnetycznych oraz ogona magnetycznego najciekawszym rezultatem było wykrycie bardzo rozległych warstw rekoneksji, zachodzących w wietrze słonecznym w okolicach orbity Ziemi, a rozciągających się na setki promieni Ziemi. Wcześniej sądzono, że jest to zjawisko lokalne

19 SOHO umiejscowionywpunkciel 1 międzyziemiąasłońcem monitoruje Słońce 24h na dobę można czytać historie o utracie kontaktu z tą sondą i o jego późniejszym odzyskaniu, o orbicie okrążającej punkt Lagrange a, by odbiorniki z Ziemi nie patrzały prosto w Słońce, o odkryciach komet muskających Słońce itp. misja SOHO miała zbadać budowę wewnętrzną Słońca mechanizmy grzejące koronę pochodzenie i przyspieszanie energetycznych cząstek

20 analiza materiału heliosejsmologicznego wykazała, że różniczkowa rotacja(równik rotuje szybciej niż bieguny) jest charakterystyczna dla całej warstwy konwektywnej, podczas gdy głębsze rejony promieniste rotują jednorodnie dokładne wyznaczenia temperatury w jądrze nałożyły dokładne warunki na ilość produkowanych neutrin, wskazując na oscylacje samych neutrin pomiędzy ich rodzajami poznano wielkoskalowe strumienie pod powierzchnią Słońca dane heliosejsmologiczne pozwoliły na badanie niewidocznej drugiej strony Słońca poznano jak słoneczne pola magnetyczne oddziałują ze sobą, wyzwalając energię na ogromną skalę, tworząc olbrzymie bąble magnetyczne i kierując w stronę Ziemi wyrzuty materii

21 typowy obrazek z SOHO pokazuje takie wyrzuty, koronograf zasłania tarczę Słońca,zatodorysowanyjestwskaliobrazzakresuUV

22 są animacje powyższych obrazków jest efektowna artystyczna prezentacja obrazków SOHO w formie 22 slajdów

23 ACE umiejscowionywpunkciel 1 międzyziemiąasłońcem analizuje wysokoenergetyczne cząstki elementarne i jądra atomowe takie dane są cenne przy analizie rezultatów innych sond, choćby wcześniej omawianej WIND

24 TRACE misja typu Small Explorer (SMEX) o niskich kosztach szczegółowo analizuje drobnoskalowe i szybkie zjawiska zachodzące w dolnych rejonach korony przykłady obserwowanych struktur 40 razy większych od średnicy Ziemi

25

26

27 RHESSI kolejny SMEX analizuje promieniowanie X i gamma emitowane we flarach, pierwszy raz dostarczając zarówno obrazów jak i widm jednym z najciekawszych wyników było zarejestrowanie promieniowania MeV pochodzącego z anihilacji elektronu z pozytronem w zjawisku flary. Nieoczekiwanie duża szerokość cechy widmowej pozostaje niewyjaśniona

28 Hinode obserwuje zmienne pole magnetyczne czarny kolor oznacza pole magnetyczne skierowane do środka Słońca, biały na zewnątrz

29 obrazy zakresu X ujawniły po raz pierwszy szczegóły struktur sigmoidalnych

30 zaobserwowano wir narastającej plamy słonecznej zderzający się z istniejącą starszą plamą

31 STEREO to para sond umieszczonych na orbicie, jedna przed druga za Ziemią pierwszy raz ukazały trójwymiarową strukturę pętli koronalnych

32 SDO = Solar Dynamic Observer wykazał istnienie dwukomórkowej cyrkulacji południkowej jej składowa w kierunku równika jest ulokowana względnie płytko w warstwie konwektywnej olbrzymie komórki konwektywne transportują moment pędu w kierunku równika powodując szybszą rotację równika niż biegunów SDO analizował przepływy w plamach słonecznych i wokół nich

33 potężna flara oraz koronalny wyrzut masy zarejestrowane przez SDO

34 Solar Probe Plus będzie badał plazmę w pobliżu Słońca(in situ)

35 Solar Orbiter oraz Interheliprobe współpracujące ze sobą sondy na orbitach nachylonych do ekliptyki pod kątem ok. 30 stopni będą obserwowały z daleka atmosferę Słońca oraz mierzyły wiatr słoneczny i plazmę in situ

36 dwa satelity IHP będą krążyły na orbitach różnie nachylonych alejedenzadrugimwodstępie1/4okresu a jeden z nich będzie po przeciwnej stronie Słońca niż Solar Orbiter

37 oczywiste zalety obserwacji satelitarnych: aktywne 24g na dobę nie zakłócane przez pogodę i bez absorpcji atmosferycznej ale obserwacje z Ziemi też mają swoje zalety: niższe koszty możliwość łatwego serwisowania i poprawiania instrumentów możliwość budowania dużych i ciężkich urządzeń na przykład spodziewamy się że ALMA dostarczy nowych danych zakresu milimetrowego i submilimetrowego widma dotyczących dolnych obszarów atmosfery Słońca w szczególności okolic minimum temperaturowego

38 kilka(wartych uwagi) stron WWW Polacy w badaniach układu słonecznego godne polecenia czasopismo internetowe

39 planowane tematy wykładów - aspekt obserwacyjny badań Układu Słonecznego - meteory, pył, planetoidy, komety, pas Kuipera, obłok Oorta - fizyka planet, formacja, porównanie z planetami pozasłonecznymi - powstanie Słońca, problem z młodym Słońcem - obserwacje Słońca w różnych zakresach widma - atmosfera Słońca, problemy ze składem chemicznym - wnętrze Słońca- równania, pulsacje, reakcje, neutrina - ewolucja Słońca - wiatr słoneczny, heliosfera, chromosfera, korona, aktywność -wpływsłońcanaziemię

40 zagadnienia wymagane na egzaminie zagadnienia będą wypisane po każdym wykładzie spośród nich będzie wybrane 20 pytań na egzamin egzamin będzie pisemny materiały do zajęć prezentacje z wykładów zamieszczam na swojej witrynie: