Alfvén hullámok – mágneses hullámok, amelyek energiát szállítanak plazmán keresztül – régóta izgatják a csillagászokat és fizikusokat, hiszen kulcsfontosságúak lehetnek a Nap egyik legnagyobb rejtélyének megoldásában: hogyan képes a Nap külső légköre, a korona, több millió fokos hőmérsékletet elérni, miközben a felszíne mindössze körülbelül 5500 °C.
A felfedezés háttere és jelentősége
A torziós Alfvén hullámok létezését először Nobel-díjas fizikus, Hannes Alfvén jósolta meg 1942-ben. Ezek olyan mágneses zavarok, amelyek képesek energiát továbbítani a plazmában. Bár korábban már észleltek nagyobb, elszigetelt Alfvén hullámokat, főként napkitörésekhez kapcsolódóan, most először sikerült közvetlenül kimutatni az állandóan jelenlévő, kis léptékű torziós változatukat a napkoronában.
A Daniel K. Inouye Naptávcső és az áttörés
A felfedezés az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapítványa (NSF) által üzemeltetett Daniel K. Inouye Naptávcső (DKIST) rendkívüli megfigyeléseinek köszönhető. Ez a világ legerősebb naptávcsöve, amely Hawaii szigetén található, és egyedülálló képességekkel rendelkezik a napkorona finom részleteinek feltérképezésére.
A DKIST négy méter átmérőjű tükre négyszer nagyobb, mint az eddigi legnagyobb naptávcsöveké, így sokkal részletesebb és érzékenyebb méréseket tesz lehetővé. A kutatásban kulcsszerepet játszott a Cryogenic Near Infrared Spectropolarimeter (Cryo-NIRSP) nevű műszer, amely képes kimutatni a plazma mozgásának apró változásait is.
A kutatás vezetője és módszerei
Professor Richard Morton, az észak-angliai Northumbria Egyetem mérnöki, fizikai és matematikai karának professzora vezette a kutatást. Elmondása szerint ez a felfedezés lezárja az 1940-es évekre visszanyúló hosszú keresést: „Végre közvetlenül megfigyelhettük ezeket a torziós mozgásokat, amelyek visszaforgatják a mágneses erővonalakat a koronában.”
A professzor új elemzési technikákat dolgozott ki annak érdekében, hogy elkülönítse az adatokat uraló lengő mozgásokat (ún. „kink” hullámokat) a nehezen észlelhető csavaró mozgásoktól. Míg az előbbiek egész mágneses struktúrákat mozgatnak oldalirányba, addig az utóbbiak csak spektroszkópiai módszerekkel mutathatók ki – ezek jellegzetes vörös és kék eltolódásokat okoznak a plazma mozgása miatt.
A napkorona hőmérsékletének rejtélye
A Nap korona hőmérséklete meghaladja az egymillió Celsius-fokot, ami elegendő ahhoz, hogy plazmát gyorsítson ki onnan – ez az úgynevezett napszél jelensége. A napszél befolyásolja bolygónk környezetét is: mágneses zavarokat hozhat létre, amelyek károsíthatják műholdjainkat, GPS-rendszereinket és elektromos hálózatainkat.
A mostani felfedezés segíthet megérteni azokat az alapvető folyamatokat is, amelyek meghatározzák ezt az extrém hőmérsékletet és energiaszállítást. Az Alfvén hullámok ugyanis valószínűleg kulcsszerepet játszanak ebben.
Nemzetközi együttműködés és további kutatások
A kutatás egy széleskörű nemzetközi együttműködés eredménye volt: részt vettek benne szakemberek Kínából (Peking Egyetem), Belgiumból (KU Leuven), Nagy-Britanniából (Queen Mary University of London), valamint az NSF Nemzeti Napmegfigyelő Intézetéből Hawaii-on és Coloradóban.
Az eredmények megerősítik azokat az elméleti modelleket is, amelyek szerint az Alfvén hullám turbulencia táplálja a napkoronát. Professor Morton hangsúlyozta: „A közvetlen megfigyelések lehetőséget adnak arra, hogy ezeket a modelleket valós adatokkal teszteljük.”
A DKIST Cryo-NIRSP műszere által nyújtott magas minőségű spektrumok új távlatokat nyitnak meg a hullámfizika tanulmányozásában a nap légkörében.
További publikációk és támogatások
Ez már Professor Morton harmadik idén megjelent tanulmánya az Alfvén hullámokról: áprilisban publikálta „High-frequency Coronal Alfvénic Waves Observed with DKIST/Cryo-NIRSP” című cikkét az Astrophysical Journalban, majd júniusban következett „On the Origins of Coronal Alfvénic Waves” című tanulmánya az Astrophysical Journal Letters-ben.
A kutatást támogatták többek között az UKRI Future Leaders Fellowships programja, a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány és az Európai Unió Horizon Europe programja.
Összegzés
Az első közvetlen bizonyíték kis léptékű torziós Alfvén hullámokra jelentős előrelépést jelent a napfizika területén. Ez nemcsak segíthet megfejteni a napkorona rendkívüli melegedésének titkát, hanem hozzájárulhat jobb űridőjárási előrejelzésekhez is – amelyek fontosak mindennapi technológiánk védelmében.
A Daniel K. Inouye Naptávcső páratlan képességei révén várhatóan további izgalmas felfedezések várhatók majd a Nap dinamikus légkörének vizsgálatában.