NAP ÉS EMBER Jeles napok 1859.09.01-02: A Carrington-esemény 1921.05.14-15: A 2.legnagyobb mért geomágneses vihar 1989.03 A Hydro-Québec elektromos hálózata összeomlik: több millió embert érintő 9 órás áramszünet. 2003.10.31-11.02: A mindenszenteki események (Halloween events).
Mi áll a háttérben? A Nap rétegei: Réteg Hőmérséklet Sűrűség Korona 10 6 K 10 14 g/cm 3 Kromoszféra 10 000 K 10 10 g/cm 3 Fotoszféra 6000 K 10 6 g/cm 3 Konv.zóna alja 1 millió K 0,1 g/cm 3 Középpont 15 millió K 150 g/cm 3
A MAGNETOHIDRODINAMIKA ELEMEI Befagyás tétele: jó vezető közeg áramlása során nem keresztezheti a mágneses erővonalakat vagy magukkal sodorja őket, vagy azok terelik az áramlást
NAPTEVÉKENYSÉG Napfoltok: a napfelszínt. sötétebb (hidegebb) területek, ahol vastag mágneses erővonalköteg döfi át Oka: Mágneses tér a befagyás miatt gátolja a konvektív áramlásokat lehűlés. Foltok két része: sötét umbra és (nagyobbaknál) félsötét penumbra.
(Hinode)
Napfáklyák: világosabb területek a napkorong pereme táján, ahol vékony mágneses erővonalkötegek döfik át a napfelszínt. Oka: a csőben a lehűlt anyag összezsugorodik napfelszín a csőben mélyebbre kerül a cső oldalán a fotoszféra alatti, forró külső anyagot látjuk.
Protuberanciák : sűrűbb, hűvösebb felhők a napkoronában. Oka: mágneses tér tarthatja fenn a befagyás miatt
A protuberanciák a korong pereménél fényes nyúlványként figyelhetők meg. Fajtáik: Aktív protuberancia: mozog; rövid életű (percek órák) Nyugodt protuberancia: huzamosan (napok hetek) egy helyben lebeg. A napkorong háttere előtt sötét filamentumként jelenik meg: Lehet aktív vidéken (plázs-filamentum) v. másutt (nyugodt filamentum). Nyugodt filamentum akár hónapokig is fennmaradhat.
H α filtergram (Big Bear Obs.)
Eruptív protuberancia: filamentum hirtelen gyorsuló emelkedésbe és tágulásba kezd, végül elszáll. ( koronakidobódás).
Koronakidobódások : a koronából kidobott anyagfelhők. Oka: mágneses tér lassú változása a fotoszférikus mozgások miatt instabil konfiguráció kidobódás
Flerek : a naplégkör hirtelen ( 10 perc alatti) erős helyi kifényesedései. E < 10 26 J; T < 4 10 7 K - Fehér fler ritka. - H α fler jóval gyakoribb. - Röntgen fler még gyakoribb. Minél nagyobb a fler, annál mélyebb rétegeket érint. AZ ENERGIAFELSZABADULÁS SZÍNTERE A KORONA - Kétszalagos flerek (nagyok) - Kompakt flerek (kicsik)
Osztályozás a lágy röntgenfluxus alapján: Osztály Log(max.fluxus [W/m 2 ]) X >-4 M -5-4 C -6-5 B -7-6 A -8-7 Pl. C3.2 flernél a max.fluxus: 3.2 10 6 W/m 2. Rekord: X45 (2003 nov. 4) Napkitörés = fler + koronakidobódás + eruptív protuberancia
Oka: mágneses erővonalak átkötődése (rekonnexiója) energiafelszabadulás gyors részecskenyalábok lefele tartó az alsóbb rétegekbe csapódva leadja az energiáját (fölfele tartó a Földet is elérheti)
A NAPCIKLUS A naptevékenységi jelenségek csoportosan fordulnak elő (napfoltcsoportok, fáklyamezők,...) az aktív vidékeken. A Nap foltokkal való fedettségét, s így a naptevékenység intenzitását jellemzi a napfolt-relatívszám (Wolf, 1848): R = K(10g + f ) ahol f a foltok száma g a foltcsoportok száma K a távcső állandója (Wolf eredeti távcsövére 1). R 11 év körüli periódussal ingadozik:
A NAPTEVÉKENYSÉG FÖLDI HATÁSAI Szoláris besugárzás: a Nap sugárzási fluxusa 1 AU távolságban az optikai és infravörös tartományban. Ezreléknyi ingadozások: Napszél: a korona magas hőmérséklete miatt belőle folyamatosan szöknek a részecskék. Ezért a napból több száz km/s sebességű plazmaáramlás indul ki. (Főleg protonok, elektronok).
Emellett: flerek és koronakidobódások rádióviharok (flereket kísérik) ionizáló sugárzások ionoszférazavarok, eü.-i kockázat részecskezápor sarki fény űreszközök megrongálódhatnak kidobott anyag eltalálhatja a Föld magnetoszféráját - mágneses viharok áramkimaradások, navigációs problémák éghajlati hatások
Az űridőjárás gazdasági vetületei Űreszközök: sugárzási károsodás, erősebb légköri közegellenállás, mágneses tájékozódási zavarok - Csak 2000-ben az USA állami műholdakon kb. 100 millió $ kár. - 1994 99 között 500 millió $ -t fizettek műholdkárokért a biztosítók (USA). - 1994 97 időszakban 3 távközlési műhold veszett oda. Pótlásuk költsége 600 millió $. Űrhajósok sugárzásveszélynek vannak kitéve. - GPS zavarok: 1% kiesés a lefedettségben évi 180 millió $ többletköltség.
Légiközlekedés: kommunikációs problémák, utasbiztonság. - Sarki útvonalakról eltérített gépek okozta többletköltség akár 100 000 $ járatonként. (Heti több száz ilyen járat van.) Áramkimaradások: - 1989: Hydro Quebec és PSE&G (NJ). Kár: 30 millió $. - 2000 2001: egy USA szolgáltató űridőjárási események miatt kényszerült áremelésre. A fogyasztók többletköltsége 3.7 % 500 millió $. - Szágépek meghibásodása statisztikailag gyakoribb űridőjárási zavarok idején. (Forrás: www.swpc.noaa.gov)
Az 1921-es geomágneses vihar megismétlődése esetén csak az elektromos hálózatban keletkező károk helyreállítása az USA-ban az első évben 1-2 billió $-ba fog kerülni; a teljes helyreállítás 4-10 év. Vö.: Katrina hurrikán után a teljes helyreállítási költség csak 125 milliárd $ volt.
Naptevékenység és éghajlat lehetséges hatásmechanizmusok (1) Besugárzás változása
(2) UV-sugárzás változása sztratoszferikus ózon mennyisége változik
(3) Kozmikus sugárzás felhőképződés (??)
Naptevékenység és éghajlat empirikus evidencia Légkör + óceán rendszer hőtároló képessége nagy éghajlati hatások csak évtizedes időskálán észlelhetők. Camp & Tung 2008
Több évtizedes változások:
Solanki et al. 2002
Csakhogy: < évtizedes skálán más hatások is vannak: ENSO (El Niño Southern Oscillation) Vulkánkitörések por a sztratoszférában évekig lehűlés Lineáris multiregresszió (Lean & Rind 2008): Globális melegedést az 1970 előtti száz évben okozhatta a naptevékenység erősödése; de azóta nagyrészt az emberi tevékenység:
Évszázados évezredes változások:
NAPTÁVCSÖVEK Földrajzi helyzet: északi félteke sivatagi övében, sík felület övezte magas hegyeken. Dny-USA: Kitt Peak (AZ), Sac Peak (NM), Big Bear (CA), Mt Wilson (CA) Sacramento Peak Observatory, New Mexico Kanári-szk.: Tenerife, La Palma
Observatorio del Teide (Izaña), Tenerife, Kanári-szk.
Observatorio Roque de los Muchachos, La Palma, Kanári-szk.
Helyi turbulencia elkerülése 2 megoldás: víz közepén (Big Bear, Udaipur, Huairou, Szaján, San Fernando) Huairou Obszervatórium, Peking, Kína 150ft solar tower, Mt.Wilson Obs., Los Angeles naptornyok (Mt Wilson 20 m, 50 m; 1908, 1911)
Emellett: kupola letolható v. nincs is. (Capri, Hida) távcsőben vákuum fehér festék (TiO 2, IR-ben fekete) Kitt Peak solar tower (now SOLIS platform only) VTT, Teide
Napkorong kiterjedt hosszú fókusz (CCD pixel fotolemez szemcse 30 mikron 0.1 ) 18 000 pixel = 50 cm-es napkép kell! 50 m-es fókusz 2 megoldás: primér fókusz a torony maga a távcső! v. szekundér fókusz Coudé-szereléssel MacMath telescope, Kitt Peak
MacMath telescope, Kitt Peak
MacMath telescope, Kitt Peak
Evans coelostat, Sac Peak
DST, Sac Peak
A legnagyobb naptávcsövek ma: NST (New Solar Tel.), Big Bear, 160 cm McMath tel., Kitt Peak, 152 cm Svéd naptorony (SST, La Palma), 100 cm Az éjszakai csillagászat távcsöveihez képest kicsik. Ennek okai: fénygyűjtés nem szempont D > 20 30 cm-re seeing-limitált Viszont ma már: nagy spektrálfelbontás + adaptív optika mégiscsak kellenek már nagy átmérőjű távcsövek. Tervek: ATST, 4.24 m (Hawai i) EST, 4 m (Kanári-szk) Swedish Solar Tower (SST), La Palma
SST, La Palma
Szekundér fókuszú távcsövek THEMIS, Tenerife
Dutch Open telescope (DOT), La Palma
Napfizika az űrből SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) 1995 : L1 pontban, h 1.5 10 6 km.
STEREO 2006 ( Föld-koorbitálisok ) - SECCHI: EUV távcső, 2 koronagráf, helioszferikus (HI) távcső - IMPACT: In situ részecskedetektor és mg.tér-mérés - PLASTIC: Plazmaösszetétel elemzése - SWAVES: Rádiókitörések detektálása
Hinode (jap. Napfelkelte ) 2007 : Ún. napszinkron pályán, mindig a terminátor fölött (h 690 km poláris pálya, P=90 perc) - SOT: 50 cm opt. teleszkóp (0. 3 felbontás); - XRT: lágy röntgentávcső - EIS: EUV képalkotó spektrométer
SDO Solar Dynamics Observatory 2010 : Geoszinkron pályán.
Pl. SOLIS projekt: ROBOT-NAPTÁVCSÖVEK Synoptic Optical Long-term Investigations of the Sun Automata napészlelő állomás (NSO, Kitt Peak). NAPFIZIKA AZ ANTARKTISZRÓL ÉS AZ ARKTISZRÓL Miért? - Akár fél évig folyamatos adatsorok - Rendkívül száraz és stabil levegő; a sztratoszférában világűr-szerű viszonyok. Sunrise kísérlet: Német-spanyol ballonkísérlet az Arktiszon. D = 1 m (!), 2009.