a Szoláris és asztrofizikai magnetohidrodinamika c., K67746 sz. OTKA pályázathoz, EREDMÉNYEK

Hasonló dokumentumok
Napfoltok és napfoltcsoportok szerkezete és fejlődése

Pulzáló változócsillagok és megfigyelésük I.

Változó naptevékenység

Pulzáló változócsillagok és megfigyelésük I.

A csillagközi anyag. Interstellar medium (ISM) Bonyolult dinamika. turbulens áramlások MHD

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

ÁRAMKÖRÖK SZIMULÁCIÓJA

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

dinamikai tulajdonságai

NAPFOLTOK TANULMÁNYOZÁSA A KÖZÉPISKOLÁBAN STUDY THE SUNSPOTS IN THE SECONDARY SCHOOL

ÉLTETŐ CSILLAGUNK: A NAP

A Föld helye a Világegyetemben. A Naprendszer

Anyagvizsgálati módszerek

Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

Univerzalitási osztályok nemegyensúlyi rendszerekben, Ódor Géza

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

A 35 éves Voyager őrszondák a napszél és a csillagközi szél határán

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Rezgések és hullámok

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

Technikai áttekintés SimDay H. Tóth Zsolt FEA üzletág igazgató


Kémiai reakciók mechanizmusa számítógépes szimulációval

Abszorpciós spektrumvonalak alakja. Vonalak eredete (ld. előző óra)

A hőterjedés dinamikája vékony szilikon rétegekben. Gambár Katalin, Márkus Ferenc. Tudomány Napja 2012 Gábor Dénes Főiskola

Reológia Mérési technikák

Koherens lézerspektroszkópia adalékolt optikai egykristályokban

Geometriai és hullámoptika. Utolsó módosítás: május 10..

I.1 A Nap szerkezete és folyamatai. I.1.1 A Nap felépítése és energiatermelése. A Nap legfontosabb adatai. Nap-Föld távolság

NAP ÉS EMBER. Jeles napok : A Carrington-esemény : A 2.legnagyobb mért geomágneses vihar

A FÖLD KÖRNYEZETE ÉS A NAPRENDSZER

3. Plazma leírási módszerek, Hullámok

ÚJ CSALÁDTAG A KLÍMAMODELLEZÉSBEN: a felszíni modellek, mint a városi éghajlati hatásvizsgálatok eszközei

MŰSZAKI FIZIKA II. Földtudományi mérnöki MSc mesterszak. 2017/18 II. félév TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

Elektromágneses hullámok

REGIONÁLIS KLÍMAMODELLEZÉS AZ OMSZ-NÁL. Magyar Tudományos Akadémia szeptember 15. 1

A változócsillagok. A pulzáló változók.

A Nap és csillagdinamók éves időskálájú változásai

A FÖLD BELSŐ SZERKEZETE

Molekuláris dinamika. 10. előadás

Térbeli struktúra elemzés szél keltette tavi áramlásokban. Szanyi Sándor BME VIT. MTA-MMT konferencia Budapest, június 21.

Debrecen-Kismacs és Debrecen-Látókép mérőállomás talajnedvesség adatsorainak elemzése

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Milyen színűek a csillagok?

Beugró kérdések. Elektrodinamika 2. vizsgához. Számítsa ki a gradienst, divergenciát és a skalár Laplace operátort henger koordinátákban!

A hosszúhullámú sugárzás stratocumulus felhőben történő terjedésének numerikus modellezése

3. Mesterséges izom:

NEPTUN-kód: KHTIA21TNC

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

A hang mint mechanikai hullám

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

11. Egy Y alakú gumikötél egyik ága 20 cm, másik ága 50 cm. A két ág végeit azonos, f = 4 Hz

időpont? ütemterv számonkérés segédanyagok

Abszorpciós fotometria

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Meteorológiai információk szerepe a vízgazdálkodásban

3. Plazma leírási módszerek, Hullámok. Dósa Melinda

Radon, mint nyomjelzı elem a környezetfizikában

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Folyami hidrodinamikai modellezés

Fúziós kutatások a BME Nukleáris Technikai Intézetében

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

Nemlineáris jelenségek és Kao2kus rendszerek vizsgálata MATHEMATICA segítségével. Előadás: Szerda, 215 Labor: 16-18, Szerda, 215

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Projektfeladatok 2014, tavaszi félév

TALAJVÉDELEM XI. A szennyezőanyagok terjedését, talaj/talajvízbeli viselkedését befolyásoló paraméterek

Galaxisfelmérések: az Univerzum térképei. Bevezetés a csillagászatba május 12.

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Tartalom. Történeti áttekintés A jelenség és mérése Modellek

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Turbulencia: Füstoszloptól a H-módig

FÉLMEREV KAPCSOLATOK NUMERIKUS SZIMULÁCIÓJA

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

Tartószerkezetek I. (Vasbeton szilárdságtan)

PE Energia Akadémia 121. Napfolttevékenység és klímaváltozás

Abszorpciós spektroszkópia

Csillapított rezgés. a fékező erő miatt a mozgás energiája (mechanikai energia) disszipálódik. kváziperiódikus mozgás

θ & új típusú differenciálegyenlet: vektormező egy körön lehetségesek PERIODIKUS MEGOLDÁSOK példa: legalapvetőbb modell az oszcillátorokra fixpont:

Transzformátor rezgés mérés. A BME Villamos Energetika Tanszéken

Forgalmi modellezés BMEKOKUM209

CSAPADÉK ÉS TALAJVÍZSZINT ÉRTÉKEK SPEKTRÁLIS ELEMZÉSE A MEZŐKERESZTES-I ADATOK ALAPJÁN*

Kérdések Fizika112. Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika

Reakciókinetika és katalízis

A Balaton szél keltette vízmozgásainak modellezése

Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

Fúziós plazmafizika ma Magyarországon

Gépészeti rendszertechnika (NGB_KV002_1)

A TERVEZETT M0 ÚTGYŰRŰ ÉSZAKI SZEKTORÁNAK 11. ÉS 10. SZ. FŐUTAK KÖZÖTTI SZAKASZÁN VÁRHATÓ LÉGSZENNYEZETTSÉG

Csillagászati megfigyelések

A REMO modell és adaptálása az Országos Meteorológiai Szolgálatnál

EGYSZERŰ, SZÉP ÉS IGAZ

Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások Definíciók

Átírás:

ZÁRÓJELENTÉS a Szoláris és asztrofizikai magnetohidrodinamika c., K67746 sz. OTKA pályázathoz, 2007 2011 CÉLKITŰZÉSEK Jelen projekt célja az ELTE Csillagászati Tanszékén bő négy évtizede müködő szoláris magnetohidrodinamikai kutatócsoport működésének folytatólagos finanszírozása volt a 2007 2011 években. Tehát olyan átfogó keretpályázatról van szó, amelynek a kutatócsoport működésével kapcsolatos összes költséget (konferencia részvételek, külföldi kollégák meghívása, számítógép- és szoftverbeszerzések, szakkönyvvásárlás) kellett biztosítania. A pályázathoz, illetve a szerződéshez mellékelt munkaterv értelmében kutatásainkat az alábbi területekre terveztük összpontosítani: (1) A naptevékenység eredete, szoláris dinamóelmélet (2) A napkorona fűtésének problémája; hullámterjedés a naplégkörben (3) Asztrofizikai turbulenciaelmélet és magnetohidrodinamika (egyéb asztrofizikai objektumokban zajló MHD folyamatok vizsgálata) EREDMÉNYEK (1) A naptevékenység eredete, szoláris dinamó A Nap aktív vidékeinek (napfoltcsoportok, fáklyamezők) létrejötte a Nap belsejében húzódó, tachoklína néven ismert rétegben keletkező erős mágneses térre vezethető vissza. A Nap külső burkát alkotó konvektív zónában a konvektív mozgásban részt vevő anyagra ható, a naprajzi szélességtől függő Coriolis-erő következtében a konvektív zóna és a fotoszféra anyaga nem merev testként vesz részt a Nap mintegy egy hónapos periódusú tengelyforgásában. Ehelyett az egyenlítő vidéke mintegy 15-20 százalékkal gyorsabban forog, mint a magas szélességek. Ezt a jelenséget differenciális rotációnak nevezzük. A konvektív zóna alatt fekvő sugárzási zóna ugyanakkor már merev testként forog. A két tartomány között egy vékony átmeneti réteg húzódik, ez az úgynevezett tachoklína. Ennek vizsgálata kulcsfontosságú a naptevékenységet létrehozó dinamómechanizmus szempontjából, ui. mai elképzeléseink szerint a tachoklínában zajló erős differenciális rotáció tekeri fel a nap dipól-szerű gyenge általános mágneses terét erős kelet-nyugati irányú (ún. toroidális) térré. Az erős toroidális fluxuskötegek felszínre törése okozza aztán a naplégkörben az aktív vidékeket, és bennük a naptevékenység ismert jelenségeit (napfoltok, napkitörések stb.). E folyamatok vizsgálatában az alábbi főbb eredményeket értük el. (1a) Bimodális szoláris dinamó Korábban kifejlesztett gyors tachoklínamodellünket a munkatervnek megfelelően az elterjedt határfelületi dinamómodellel kombináltuk, feltételezve, hogy a dinamó nemlineáris telítődését kvadratikus effektus okozza, és hogy a nyírási réteg véges vastagságának a diszperziós relációra gyakorolt hatása a sekélyvízi felületi nehézségi hullámok esetével analóg. A modell egyetlen szabad paraméterét az az empirikus megkötés rögzíti, hogy a megoldásnak reprodukálnia kell, a tachoklína 1

helioszeizmológiailag meghatározott vastagságát. Azt találtuk, hogy ebben az esetben a megfigyelt tachoklínavastagságot visszaadó megoldás mellett az egyenleteknek egy másik megoldása is létezik, négyszer vastagabb tachoklínával és 4-5-ször gyengébb mágneses térrel. Felvetettük annak lehetőségét, hogy ez a második megoldás a naptevékenység főminimumai (pl. a 17. századi Maunder-minimum) idején valósul meg. (1b) Véges tachoklínavastagság hatása határfelületi dinamóra A Nap-dinamó lehetséges működési mechanizmusai közül az egyik legnépszerűbb az ún. határfelületi dinamó, melyben a 22 éves periódussal oszcilláló mágneses tér a tachoklína és a konvektív zóna határán, felületi hullámként gerjesztődik. Ennek legegyszerűbb, s így a fontosabb effektusok kölcsönhatásába leginkább betekintést engedő leírása a Parker-féle analitikus határfelületi dinamómodell. Ennek további általánosításaként levezettük és grafikusan megoldottuk a felületi hullám viselkedését leíró diszperziós relációkat arra az esetre, ha a tachoklína véges vastagságú (szemben az eredeti modellel, ahol két félvégtelen réteg szerepel). Azt találtuk, hogy a véges rétegmélység hatása igen összetett, és a véges mélységű vízrétegen terjedő felületi hullámok analógiája nem alkalmazható. (1c) Magnetokonvekciós kód kifejlesztése Kifejlesztettünk egy numerikus kódot a csillagok belsejében zajló magnetohidrodinamikai konvekció háromdimenziós szimulációjára. A kód elméleti szempontból igen érdekes, mivel alapelve a hidrodinamikai egyenletek Boltzmann-rácsos megoldási technikái csoportjába tartozó BGK-módszer. Az ezen módszert alkalmazó korábbi hidrodinamikai kódunkat bővítettük ki a mágneses tér figyelembe vételével, és parallelizáltuk az OpenMP API direktívakészlet felhasználásával. (1d) Napciklusok előrejelzési lehetőségeinek vizsgálata A jelenlegi szokatlanul mély és hosszú naptevékenységi minimum felélénkítette az érdeklődést a napciklusok előrejelzésének lehetősége iránt. Az utóbbi ciklusok adataival kiegészítve az idevágó régebbi munkákat ismét megvizsgáltuk a napfolt-relatívszám adatok teljesítményspektrumát, megállapítandó, melyek az ebben mutatkozó valós fizikai periódusok, és azok elég stabilak-e ahhoz, hogy előrejelzésre legyenek használhatók. Azt találtuk, hogy a prekurzor-módszerhez hasonlóan a harmonikus analízisen alapuló előjelzési technikák esetében is meghatározó a Waldmeier-effektus szerepe, mely szerint az erősebb ciklusok felszálló ága meredekebb. Eszerint, bár évszázados-évezredes időskálán létezhetnek statisztikailag előrejelezhető kváziperiodikus változások, a legnagyobb gyakorlati jelentőségű, ciklusról ciklusra történo naptevékenységi ingadozások előrejelzése fundamentális korlátokba ütközik. Témavezető a szerkesztők felkérésére terjedelmes áttekintő cikket írt a napciklusok előrejelzéséről a Living Reviews in Solar Physics c. tekintélyes elektronikus folyóiratba, mely kizárólag meghívott cikkeket közöl. Ennek kapcsán saját előrejelzéseket is tett különféle ismert módszerekkel a tavaly kezdődött 24. napciklus amplitúdójára vonatkozólag. Legvalószínűbbnek az látszik, hogy a ciklus 2013 táján tetőzik 80 90 körüli simított havi átlagos relatívszámmal, tehát az átlagosnál valamivel gyengébb napciklus várható. Ilyen gyenge ciklusokra legutóbb a 20. század elején volt példa. (2) A napkorona fűtésének problémája; hullámterjedés a naplégkörben (2a) Torziós Alfvén-hullámok kimutatása a Nap kromoszférájában Keskenysávú, nagy felbontású H-alfa felvételek alapján oszcillációkat mutattunk ki a Nap fotoszférájában mágneses elemek egy csoportjában, mintegy 1 négyzetívmásodpercnyi területen. Az oszcillációk a wavelet-analízis szerint 126-700 másodperc periódusúak, 2.6 km/s amplitúdójúak, és 2

23 km/s sebességű kiáramlás kíséri őket. Gondos elemzéssel kimuattuk, hogy az oszcillációk csak torziós Alfvén-hullámokként értelmezhetőek, melyek szögamplitúdója 22 fok. Ez az ilyen típusú hullámok jelenlétének eddigi legmeggyőzőbb bizonyítéka a Nap légkörében. Energiafluxusuk elegendő lehet a napkorona fűtéséhez is. (2b) Véletlenszerű felszíni áramlások hatása az f-módusra Ismeretes, hogy a Nap sajátfrekvenciái a napciklus során szisztematikusan változnak. Ezt a változást a felszínhez közeli rétegekben ill. a naplégkörben zajló változásoknak szokás tulajdonítani. E probléma részletesebb elemzése céljából analitikus számítások végeztünk véletlenszerű felszíni áramlásoknak a felületi nehézségi hullámok (f-módus) diszperziós relációjára gyakorolt hatásának felderítése végett. Az eredmények egybevágnak a megfigyelésekkel. (2c) A kromoszféra és napkorona fűtésének problémája Az utóbbi időkben előtérbe került az a lehetőség, hogy a naplégkör felsőbb rétegeit (elsősorban a kromoszférát) olyan, a konvektív zónából felfelé terjedő hanghullámok fűthetik, melyek, bár alacsony frekvenciájuk miatt nagyrészt visszaverődnek a fotoszférából lefelé, bizonyos véges amplitúdóval mégis részben felszivároghatnak a magasabb rétegekbe. E folyamat további vizsgálata céljából egy egyszerű kétréteges modellben vizsgáltuk a folyamatot. Az L vastagságú alsó rétegben ( fotoszféra ) a hőmérséklet a magassággal lineárisan csökken, míg a félvégtelen felső rétegben ( kromoszféra ) állandó. Azt találtuk, hogy a paraméterek megfelelő, a Nap esetében nem irreális értékei mellett az alsó tartományban, mint hullámvezetőben fellépő rezonáns frekvenciák közül legalább egy áthaladhat a hőmérsékletminimum körüli evaneszcens tartományon és a kromoszférában tovább terjedhet. (A rétegzett közegben terjedő hanghullám egyenlete alakilag Klein-Gordon egyenlet, így az áthaladás lényegében a kvantummechanikai alagúteffektus megfelelője.) Ugyancsak a napkorona egy lehetséges fűtési mechanizmusával függ össze az a munkánk, melyben a rezonáns abszorpció elméletét terjesztettük ki nemlineáris MHD hullámokra, figyelembe véve a Hall-áramokat. A Hinode űrobszervatóriummal végzett EUV spektroszkópia útján oszcillációkat mutattunk ki két szoláris aktív vidék fölötti koronahurkokban. Az egyik esetben a módusazonosítás lassú hurkamódusra utal, míg a másik esetben transzverzális (minden bizonnyal hajlási) hullámokról van szó, 1.2 ill. 3 mhz frekvenciával. Az EUV vonalarányokból a mágneses térerősséget is meghatároztuk. (3) Asztrofizikai turbulenciaelmélet és magnetohidrodinamika (3a) Szuperdiffúzió hatása csillagközi molekulafelhők kémiai összetételére A csillagközi molekulákra a csillagok ultraibolya sugárzása romboló hatással van, ezért a molekulafelhők sűrű, a káros sugárzástól leárnyékolt belseje és a sugárzásnak kitett széle között jelentős vegyi különbség van. Az egyes molekulák gyakoriságeloszlását a képződés/bomlás dinamikus egyensúlya mellett számottevően befolyásolja a felhő egyes részei közötti turbulens keveredés mértéke is. A molekulafelhőkben azonban a turbulencia integrális léptéke nagyobb a rendszer méreténél, ezért a turbulens diffúzió nem írható le egyetlen skalár diffúziós koefficienssel, ahogy az a korábbi modellekben történt. Az erre az ún. szuperdiffíziós folyamatra vonatkozó korábbi vizsgálatainkat most a munkaterv szerint továbbfejlesztettük. Modellünkben a diffúziós egyenlet megoldásához szükséges Hankel-transzformációt numerikusan számítjuk ki, így a probléma a vizsgált molekula diffúzió nélküli eloszlásának tetszőleges alakja mellett megoldható. A kód egzakt változatában mindazonáltal a felhő fő alkotóeleme (hidrogén) sűrűségeloszlása nem realisztikus (konstans). E korlát kiküszöbölése céljából a problémát megoldottuk realisztikus sűrűségeloszlású felhőre is, de hagyományos diffúzió mellett, majd a kétféle megoldást kombinálva jutottunk el a szuperdiffuzív, 3

inhomogén felhőbeli tracereloszlások vélhetőleg legrealisztikusabb modelljéhez. PUBLIKÁCIÓK Eredményeinket 35 bírált folyóiratcikkben, valamint kb. ehhez hasonló számú egyéb közleményben (pl. konferenciakiadványban) tettük közzé. (A zárójelentés publikációs listája a konferenciacikkek közül csak néhány fontosabbat tartalmaz.) 4

A KUTATÓCSOPORT ÉLETÉNEK EGYÉB ESEMÉNYEI 2007-2011 között, csoportunk részt vett a SOLAIRE (SOLar And Interplanetary REsearch) EUkutatóképzési hálózat munkájában. A négyéves projekt során a csoport budapesti része átmenetileg egy külföldi doktorandusszal és egy posztdoktorális munkatárssal bővült. 2009-től Petrovay Kristóf tanszékvezetői megbízást kapott az ELTE Csillagászati Tanszékén. 2011-ben Petrovay Kristóf az ELTE-n egyetemi tanári kinevezést kapott. 2011 augusztus 23. Petrovay Kristóf témavezető 5