Z NASZYCH BADAŃ: trójwymiarowe ruchy w protuberancjach

Słońce jest zupełnie typową gwiazdą, bardzo podobną do miliardów innych gwiazd w naszej Galaktyce. Widzimy je jako oślepiająco jasną tarczę, a nie jako ledwie widoczny punkcik na nocnym niebie tylko dlatego, że Ziemia okrąża Słońce w bardzo małej odległości zaledwie 150 milionów kilometrów. To w skali kosmicznej bardzo mało, wszak do kolejnej gwiazdy — Proximy Centauri — jest niemal 270 tysięcy razy dalej.

W bardzo wielu obserwatoriach astronomicznych prowadzone są szczegółowe badania Słońca, w tym skomplikowanych dynamicznych zjawisk zachodzących w jej wnętrzu i atmosferze. Teleskopy naziemne oraz satelitarne umieszczone poza atmosferą ziemską dostarczają nam ogromnych ilości niezwykle szczegółowych obserwacji. Wszystkie one jednak mają jeden dość istotny niedostatek: zarejestrowane obrazy są… płaskie. Bardzo często trudno jest ustalić, które obiekty na nich widoczne są bliżej, które dalej, oraz jakie są ich wzajemne odległości. Widzimy, że przeróżne fragmenty materii słonecznej poruszają się, jednak nie potrafimy powiedzieć jaki jest prawdziwy kierunek i prędkość ruchu. Powoduje to, że nasza wiedza o ruchach materii na Słońcu jest niepełna.

Problem ten,przynajmniej w przypadku monstrualnych wyrzutów plazmy z powierzchni Słońca, zwanych koronalnymi wyrzutami materii, próbowano rozwiązać dzięki parze satelitów słonecznych STEREO. Satelity STEREO-A i STEREO-B krążą od 2006 roku wokół Słońca po orbitach nieznacznie różniących się od orbity samej Ziemi, obserwując koronalne wyrzuty z dwu różnych punktów w przestrzeni, a więc umożliwiając, przy sprzyjającej konfiguracji, odtworzenie obrazu przestrzennego. Zasada ich działania jest identyczna z działaniem naszego mózgu, wykorzystującego do patrzenia przestrzennego obrazy z dwojga nieco rozsuniętych oczu. Niestety, w okresie, kiedy położenie satelitów na orbicie było najbardziej korzystne dla dokonywania obserwacji, aktywność Słońca była niezmiernie mała, a więc i wyrzutów materii było mało. Teraz oba satelity są po przeciwnej stronie Słońca niż Ziemia i nie ma z nimi łączności, a dodatkowo jeden z satelitów uległ awarii i być może nie uda się go już naprawić.

W naszym obserwatorium astronomicznym została opracowana nowa metoda odtwarzania trójwymiarowych trajektorii, po których poruszają się poszczególne fragmenty materii protuberancji i innych zjawisk, np. serdżów w atmosferze Słońca. Dzięki temu możliwe jest wyznaczenie 3-wymiarowych modeli ich ewolucji, np. erupcji, czy też oscylacji. Jest to metoda bardzo prosta, obserwacje realizowane są jednym teleskopem naziemnym, niczego kosztownego nie trzeba wysyłać w Kosmos.

Duży koronograf w Białkowie, ogromy instrument mający obiektyw o średnicy ponad pół metra i ogniskową o długości ponad 14 metrów, jest wyposażony w unikatowy spektrograf obrazujący nazywany w skrócie MSDP, co jest skrótem od jego angielskiej nazwy Multi-channel Subtractive Double Pass, czyli wielokanałowy spektrograf podwójnego przejścia. Dzięki nowatorskiemu systemowi optycznemu oraz zastosowaniu dwuwymiarowego okna wejściowego zamiast szczeliny, spektrograf MSDP dostarcza jednocześnie obrazy dwuwymiarowe i widma dla wszystkich elementów obrazu w całym, bardzo dużym polu widzenia, pokrywającym na Słońcu obszar około 30 000 km × 240 000 km! Na całym świecie działa tylko kilka takich instrumentów.

Posługując się naszym spektrografem MSDP, ruchy obserwowanej materii w płaszczyźnie obrazu widzimy bezpośrednio, jako przesunięcia na obrazie, zaś wzdłuż linii widzenia odtwarzamy je z pomiarów przesunięć długości fal emitowanego przez nie światła, czyli jak to mówią astronomowie, z widma. Wykonując odpowiednio długą serię takich pomiarów możemy dla poszczególnych fragmentów protuberancji odtworzyć kształt trajektorii ich ruchu w przestrzeni (patrz rysunek). Co ważne, mierzymy w ten sposób przestrzenne trajektorie ruchu danego fragmentu materii bez przyjmowania żadnych wstępnych założeń co do ich natury. Nasza metoda pozwala na obiektywne odtwarzanie nie tylko ruchów przestrzennych materii, ale także na oszacowanie lokalnego pola magnetycznego, wzdłuż którego porusza się gorąca, zjonizowana materia protuberancji.

Więcej w artykule pod następującą zakładką: http://arxiv.org/abs/1010.3152