Torsionális Alfvén hullámok és korona dinamikája a Cryo-NIRSP megfigyelései alapján

okt 27, 2025 | Tudomány

Bevezetés

Napunk koronájának vizsgálata kulcsfontosságú a naptevékenység és az űridőjárás megértésében. A Cryo-NIRSP (Cryogenic Near-Infrared Spectropolarimeter) műszer, amely az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapítványának DKIST (Daniel K. Inouye Solar Telescope) obszervatóriumában található, 2023. október 30-án végzett mérései új betekintést nyújtanak a korona finomszerkezetébe és hullámjelenségeibe.

Adatgyűjtés és műszerparaméterek

A Cryo-NIRSP képes a napkoronát kb. 0,12 ívmásodperces térbeli mintavételezéssel (~87 km) megfigyelni a spektrográf résénél, egy másodperces időbeli felbontással. A vizsgált adatok egy ún. „sit-and-stare” megfigyelésből származnak, ahol a 0,5″ széles rés mentén történt az adatgyűjtés, 0,12″ térbeli mintavételezéssel.

A térbeli felbontást optikai korlátok (~0,3″) és légköri seeing (~0,6″) határozzák meg. A műszer az 1074,7 nm-es vas XIII (Fe XIII) korona emissziós vonalat célozta meg, amely jól ismert a korona dinamikájának vizsgálatában. A spektrumot 1072–1076 nm között rögzítették, a spektrális felbontás R≈48 000 volt.

Megfigyelési célterület és stabilitás

A célterület koordinátái (X,Y)=(898″, −568″), ami kb. 0,1 naptávolságnyi magasságot jelent a napkorona pereme felett. A mutató stabilitását finom szerkezetek mozgásának elemzésével ellenőrizték, ami kevesebb mint 0,1″ eltérést mutatott – ez jobb volt, mint a légköri seeing okozta felbontás.

Adatfeldolgozás: zajcsökkentés és szűrés

A magas frekvenciájú zaj jelentős problémát okozhat a finomszerkezetek azonosításában. Ez a zaj időbeli forrásokból (például foton-szóródásból és seeing változásokból) valamint térbeli forrásokból (detektorhibákból) ered.

Ezért két dimenziós Butterworth aluláteresztő szűrőt alkalmaztak mind az intenzitás-, mind a Doppler-sebesség adatokra. Az intenzitás zajkomponense δI<0,15 μB☉ volt, ami jóval kisebb az átlagos koronális emissziónál (I<15 μB☉), bár összevethető lehet az overdense struktúrák extra emissziójával.

A szűrés simítja a jelet kis skálákon (<2 Mm térben és <30 s időben), így csak viszonylag nagyobb méretű struktúrák mozgását és dinamikáját lehet megbízhatóan mérni.

A Doppler-sebesség zajszintje δv<0,1 km/s volt, amely tovább csökkent a szűrés után.

Kink hullámok mozgásának elemzése

A finomszerkezetek helyét az NUWT algoritmussal követték nyomon, amely Gauss-görbével illeszti az intenzitás maximumokat – így akár szubpixel pontosságot is elérve.

Az elemzéshez unsharp mask technikával előkezelték az intenzitás adatokat, eltávolítva a nagyobb skálájú koronális emissziót (>9 Mm), így csak kisebb skálájú fényességkülönbségek maradtak meg.

A csúcsok helyeinek időbeli követése lehetővé tette az overdense struktúrák középpontjának mozgását leíró idősorok létrehozását. Ezekből numerikus derivált segítségével számolták ki a síkban lévő sebességeket.

Nem termikus vonalprofil-szélességek meghatározása

A nem termikus vonalprofil-szélességet ξ az alábbi képlettel becsülték:

ξ = sqrt( (FWHM² - wI²) / [4 ln(2) (λ₀/c)²] - (2 kB T / M) )
  • FWHM: félérték szélesség
  • wI: instrumentális spektrális pont-kiterjedés
  • T: ion hőmérséklet (~1,6 MK vas XIII esetén)
  • kB: Boltzmann állandó
  • M: ion tömege

Doppler-jel és torsionális hullámok elkülönítése

A fluxustubusok középpontjában vett Doppler-sebesség jele reprezentálja elsősorban a kink móduszt, amely nem tartalmaz torsionális (n=0) komponenseket. Ez azért van így, mert az n=0 torsionális Alfvén hullám sebességvektora mindig merőleges a sugárirányra (csak tangenciális komponens van), így integrálva nulla sebességet ad középen.

Ezzel szemben a kink módusz állandó amplitúdójú elmozdulást mutat keresztmetszetben, melynek Doppler-jellegzetességei függnek a látóiránytól.

Mágneses henger modellje

A korona szerkezeteit egy mágnesesen vezetett hengerként modellezték diszkontinuitással belső és külső sűrűség között:

ρ(r) = { ρ_i ha r ≤ R
         ρ_e ha r > R }

Itt ρ_i belső sűrűség, ρ_e külső sűrűség; a mágneses tér homogénnek tekinthető.

Torsionális módusz jellemzői

  • N=0 torsionális módusznál bármely látóirány esetén nulla Doppler-érték van tubus közepén.
  • A tubus határain váltakozó vörös-kék Doppler-jel figyelhető meg.
  • N=1 Alfvén módusz esetén kisebb radiális komponens is jelen van, ami tükröződést okoz keresztmetszetben.
  • Kink módusz esetén Doppler-jel maximuma mindig tubus közepén van és közel állandó keresztmetszetben.

Valós korona szerkezetek és mágneses felületek komplexitása

A valós koronában nem éles határok vannak a sűrűségben vagy mágneses térben; ezek fokozatosan változnak. Ez rezonanciahatásokhoz vezethetnek és további forgó mozgások (pl. n=1 Alfvén móduszok) gerjesztését eredményezhetik.

3D MHD szimulációk validálása

Egy háromdimenziós MHD szimulációt végeztek egy stratifikált mágneses fluxustubussal (~1 Mm sugárral), amely nyílt koronális struktúrát modellezett. A belső/külső sűrűség arány kezdetben 3 volt.

A szimulációban egy folyamatos sebességvezérlőt alkalmaztak az alsó határon, amely egyszerre generált kink és torsionális Alfvén hullámokat különböző periódusokkal (150–300 s között).

Spektroszkópiai előrejelzés FoMo-val

A FoMo kód segítségével szintetizálták az Fe XIII 1074,7 nm-es spektrumokat különböző látóirányokra. Az eredmények megerősítették az observációkat: a Doppler-eltolódások jellegzetesen mutatták mindkét hullámtípust.

Módus dekompozíció: Empirikus módusú lebontás (EMD)

A Doppler-eltolódások időfüggvényét EMD módszerrel elemezték, amely adaptív módon bontja fel nem stacionárius jeleket belső módusokra (IMF-ekre). Ez lehetővé teszi idő-frekvencia elemzés végzését Fourier-alapú módszerekkel szemben.

Monte Carlo szimulációk: LOS integráció hatása hullám amplitúdókra

A korona optikailag vékony volta miatt több fluxustubus mentén történő integráció csökkenti a mérhető Doppler amplitúdót mind kink-, mind torsionális hullámok esetében.

  • Torsionális hullám esetében az integrált LOS Doppler sebesség kb. fele akkora mint a tényleges amplitúdó (pl. 20 km/s-ból ~6 km/s lesz).
  • Kink hullámnál ez kisebb mértékű csökkenést mutat (~18 km/s marad).
  • Ezeket Monte Carlo módszerrel több száz fluxustubus véletlenszerű fázisú oszcillációinak összeadásával igazolták.
  • Eredményként mindkét hullámtípusnál jelentős csökkenés tapasztalható az LOS integráció miatt.

Egyéb lehetséges okai vörös-kék aszimmetriának

A vörös-kék aszimmetria hátterében állhatnak más dinamikai folyamatok is:

  • Kink hullámok háttér vagy előtér fluxustubusokon különböző fázisban vagy amplitúdóval – ha fázisban vannak, nincs aszimmetria;
  • Turbulens mozgások;
  • Különböző irányú áramlások egymás mellett lévő hurkokban;
  • Ezek kizárhatók vagy értelmezhetők több ciklus vagy ismétlődő jelenségek alapján.

Összegzés

A Cryo-NIRSP által gyűjtött magas felbontású spektroszkópiai adatok lehetővé tették a napkorona finom szerkezeteinek és dinamikájának részletes vizsgálatát. Az elemzések kimutatták a torsionális Alfvén hullámok jelenlétét is, amelyek eddig nehezen voltak detektálhatók közvetlenül. A korszerű adatfeldolgozás, háromdimenziós MHD-szimulációk és Monte Carlo modellezések megerősítették ezen jelenségek fizikai valóságát és segítettek elkülöníteni őket más korona-dinamikai folyamatoktól.

Ezek az eredmények fontos lépések a napkorona komplex mágneses és hullámjelenségeinek megértésében, amelyek alapvetően befolyásolják például a napkitörések kialakulását vagy az űridőjárást befolyásoló folyamatokat.

Forrás: https://www.nature.com/articles/s41550-025-02690-9

Hőérzékelés titkai: A TRPM3 hőszenzor működésének felfedezése

A hőérzékelés képessége alapvető szerepet játszik abban, hogy testünk megvédje magát a sérülésektől és égési sebek kialakulásától. Azonban az, hogy pontosan miként érzékeli a szervezetünk a hőmérsékletet, hosszú ideig rejtély maradt a tudomány számára. A Northwestern...

Federal Reserve elnökének utódja: Öt jelölt és a várható döntés 2025 végén

2025. október 22-én Washington D.C.-ben, a Fehér Házban Scott Bessent amerikai pénzügyminiszter megerősítette, hogy a Federal Reserve (Fed) elnökének, Jerome Powellnek az utódjára vonatkozó jelöltek listája öt főre szűkült. A hivatalos bejelentést követően Donald...

Közös európai hitelfelvételi mechanizmus: Mitsotakis szerint kulcs a bizonytalan világban

Kyriakos Mitsotakis, Görögország miniszterelnöke, egy friss interjúban a POLITICO-nak kifejtette, hogy egy közös európai hitelfelvételi mechanizmus (joint European borrowing facility) létrehozása elengedhetetlen lépés lenne ahhoz, hogy az uniós országok hatékonyabban...

Testmozgás és mentális egészség: Aerob és ellenállásos edzés hatása a depresszióra és szorongásra

A depresszió és a szorongás napjaink egyik leggyakoribb mentális egészségügyi problémái közé tartoznak, amelyek jelentős életminőség-romlást okoznak világszerte. A hagyományos kezelési módok mellett egyre nagyobb figyelmet kap a testmozgás szerepe ezen állapotok...

AI-alapú keresők vs. hagyományos keresők: Melyik a jobb választás?

Az utóbbi években az AI-alapú keresőmotorok egyre nagyobb teret hódítanak az internetes információkeresés világában. De vajon tényleg jobbak-e ezek az új generatív rendszerek, mint a hagyományos keresők? Egy friss kutatás részletesen összehasonlította a mesterséges...

Magas kockázatú sebezhetőség a Rust async-tar könyvtárban – TARmageddon

A Edera biztonsági szakértői egy súlyos, magas kockázatú sebezhetőséget fedeztek fel és hoztak nyilvánosságra egy korai, mára elhagyott állapotban lévő, nyílt forráskódú aszinkron tar archívumkezelő könyvtárban, amely a Rust programozási nyelvhez készült. Ez a...

ICE új, mesterséges intelligenciával működő közösségi média megfigyelő szoftverrel bővíti eszköztárát

Az Egyesült Államok Bevándorlási és Vámellenőrzési Hivatala (Immigration and Customs Enforcement, ICE) újabb jelentős lépést tett a közösségi média megfigyelésének kiterjesztése felé. Egy 5,7 millió dolláros, öt évre szóló szerződés keretében a Carahsoft Technology...

Amazon történelmi létszámleépítése: akár 30 000 munkahely megszűnhet

Amazon bejelentésre készül, amely a vállalat történetének legnagyobb létszámcsökkentését hozhatja el. A CNBC értesülései szerint a cég kedden kezdi meg az érintett munkavállalók értesítését, és a tervek szerint akár 30 000 alkalmazott is elveszítheti állását a...

IMAX 70mm és VistaVision: A mozizás új dimenziója a nagyvásznakon

A filmipar az elmúlt években komoly kihívásokkal nézett szembe, hiszen egyre többen választják az otthoni filmnézést a mozizás helyett. Ez érthető is, hiszen a mozijegy ára gyakran magas, ráadásul a vetítések alatt előforduló zavaró tényezők – például hangoskodó nézők...

Erős és Nyugodt Kombinációk a Mozgalmas Napokra – Tippek és Ötletek

Az élet rohanó tempója gyakran megköveteli, hogy egyszerre legyünk határozottak és kiegyensúlyozottak. Egy mozgalmas nap során fontos, hogy megtaláljuk azokat a módszereket, amelyekkel egyszerre tudunk erősek maradni, miközben megőrizzük belső nyugalmunkat. Ebben a...

Az Xbox jövője: a következő generációs konzol egy Windows-alapú PC lesz

„Az Xbox halott, éljen az Xbox!” – tartja a mondás. Bár az Xbox platformot már számtalanszor temették el a videojáték-történelem során, mégis él és virul. Az elmúlt időszakban azonban a Microsoft nem éppen nyerte el a rajongók szívét: gyors stratégiai váltások,...