Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Kosmické počasí a přepojování magnetických siločar

 |  3. 10. 2013
 |  Vesmír 92, 527, 2013/10

Do tohoto čísla Vesmíru jsme zařadili náročnější článek autorů Mariana Karlického a Miroslava Bárty o přepojování (rekonexi) magnetických siločar. Jde o jev, který je i v komunitě lidí se solidnějším fyzikálním vzděláním málo známý, přestože stojí za řadou gigantických explozivních jevů ve vesmíru. Souvisí s polárními zářemi, hraje významnou roli v sluneční fyzice a astrofyzice.

Zdálo by se, že polární záře je sice jev úžasný na pohled, avšak v našich zeměpisných šířkách nepříliš významný. Připoměňme si dvě historické extrémně silné polární záře, jež byly pozorovány v krátkém sledu za sebou mezi 28. srpnem a 4. zářím 1859. Na severní polokouli byla záře vidět až na Havaji, v Karibiku a ve Střední Americe, na jižní polokouli až v Santiagu. Připomínáme si ji proto, že britský amatérský astronom Richard Carrington zaznamenal 1. září 1859 v blízkosti většího komplexu slunečních skvrn zhruba pětiminutové vzplanutí dvou tzv. bílých erupcí. Následujícího dne byla zaznamenána magnetická bouře. Carrington byl opatrný a ještě nepovažoval časovou následnost za kauzální souvislost obou jevů. Ale od té doby se vědělo, že zemský magnetismus, sluneční skvrny a erupce spolu nějakým způsobem souvisejí. A nejen to – citelně se projevují. Během geomagnetické bouře na přelomu srpna a září 1859 došlo k masivnímu výpadku telegrafních sítí („internetu viktoriánské doby“), byly poškozeny telegrafy. Poruchy zemského magnetického pole byly tak velké, že ručičkám magnetometrů nestačila stupnice. Tehdy naštěstí nebyl svět ještě na elektřině závislý. Dnes mohou proudy indukované geomagnetickou bouří způsobit výpadky elektrické přenosové soustavy, mohou přispět ke korozi ropných a plynových potrubí, mohou dočasně vyřadit z činnosti nebo poškodit elektroniku na družicích, energetické částice slunečního větru degradují sluneční články satelitů. Geomagnetickou bouří způsobené poruchy v ionosféře interferují s HF, VHF a UHF signály komunikačních a GPS satelitů.

Blízké okolí Země vnímáme jako „kosmické počasí“ a stejně jako nás ohrožují extrémy pozemského počasí, ohrožují nás i extrémy počasí kosmického. Jde o události, které nastávají velmi zřídka, ale s velkými důsledky. Zhruba od roku 1970 se ví, že příčinou geomagnetických bouří jsou spíše výrony koronální hmoty (CME) než samotné erupce.1) Odhaduje se, že závažná geomagnetická bouře by si mohla vyžádat náklady na obnovu infrastruktury jenom v USA ve výši 1–2 trilionů dolarů (trilion=1012) a obnova infrastruktury by trvala 4 až 10 let.

O tom, že ohrožení je bráno vážně, svědčí počet kosmických sond a observatoří. NASA letos vypustila v rámci malých misí dvě kosmické observatoře. IRIS byla vypuštěna na oběžnou dráhu 27. června a jejím cílem je průzkum poměrně málo známé oblasti na rozhraní sluneční fotosféry a korony. Tato oblast má také značný vliv na sluneční vítr.

V pátek 6. září NASA vypustila sondu LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer). Jedním z cílů této mise je získat další data o záři, kterou na Měsíci pozorovali astronauti z Apolla těsně před východem a krátce po západu Slunce. Ve Vesmíru se o tomto jevu zmiňoval prof. Zdeněk Němeček: „Mezi tato pozorování patří například levitace prachových zrnek pozorovaných těsně před východem a po západu Slunce nad obzorem Měsíce astronauty misí Apollo. Vznášení zrnek nad povrchem není doposud uspokojivě vysvětleno, pravděpodobně je způsobeno nepravidelným nabíjením povrchu a samotných zrnek dopadem slunečního větru“ (Vesmír 91, 492, 2012/9, rámeček na s. 495).

V nejbližší budoucnosti by měly být vypuštěny kosmické observatoře MMS (Magnetospheric MultiScale, plánovaný start 27. října 2014),2) Solar Orbiter (ESA, plánovaný start 2017) a v rámci dlouhodobého výzkumného programu Living with Star sonda SPP (Solar Probe Plus, plánovaný start 2018).

Erupce jsou nejčastěji klasifikovány podle zářící plochy a subjektivního vzhledu v chromosféře. Erupce třídy S0 zabírají v chromosféře plochu menší než přibližně 300 milionů čtverečních kilometrů, což je téměř 3800násobek plochy České republiky. Třída S1 značí plochu mezi 300 a 750 miliony kilometrů čtverečních, S2 mezi 750 a 1800 miliony km2, S3 1800 až 3600 milionů km2 a konečně S4 plochu větší než 3600 milionů km2, což odpovídá 24násobku celkového povrchu Země včetně oceánů, ale stále jen pěti tisícinám celého povrchu Slunce. Objektivní klasifikace erupcí je založena na měření toku záření na měkkých rentgenových délkách. Americké družice GOES mají na své palubě kalibrované spektrometry, které neustále měří tok slunečního záření v pásmu 0,1 až 0,8 nm. Probíhající erupce jsou pak klasifikovány jako třída B, pokud tok nepřesáhne hodnotu 10–6 W/m2, jako C, pokud je tok v rozmezí 10–6 a 10–5 W/m2. Střední třída M pak znamená tok mezi 10–5 a 10–4 W/m2 a konečně nejvyšší třída X znamená tok záření větší než 10–4 W/m2. Je třeba si uvědomit, že tok záření klidového slunce v celém rozsahu vlnových délek je přibližně 1367 W/m2. Proto je malá oblast vyzařující v registrovaném uzoučkém spektrálním pásu tolik energie významným zdrojem záření. Při velkých erupcích se celkově uvolní 1025 J energie za několik desítek minut. Tolik energie vyrobí jeden blok elektrárny Temelín za nějakých tři sta milionů let.

Svrchní část smyčky se často stane samostatně žijícím objektem, oblakem plazmatu s vmrzlým magnetickým polem. Tento oblak navíc dostane během erupce pohybový impuls, takže stoupá v koróně a dále do meziplanetárního prostoru. Mluvíme o koronálním výronu hmoty (CME, z anglického coronal mass ejection).

Michal Švanda, Slunce, Aventinum, Praha 2012, s. 72

Literatura

Severe Space Weather Events — Understanding Societal and Economic Impacts, National Academy of Science, 2008 (ISBN 978-0-309-12769-1).

Poznámky

1) Jen pro představu rozměrů: větší výrony koronální hmoty mohou obsahovat i více než 1016 g (deset miliard tun) koronálního materiálu, mohou se šířit až rychlostí 3000 km/sekundu a kinetická energie takového plazmového oblaku může dosáhnout 1025 joulů (viz text v rámečku).

2) Navazuje na CLUSTER II Evropské kosmické agentury, ale s lepším časovým a prostorovým rozlišením (původní CLUSTER skončil neúspěšným startem r. 1996), který startoval z Bajkonuru v červenci a srpnu 2000 (16. 7. 2000 Salsa a Samba; 9. 8. 2000 Rumba a Tango). První vědecké měření 1. února 2001; mise měla původně skončit v roce 2003, byla však několikrát prodloužena (2004–2005, 2005–červen 2009; nyní do konce r. 2014). Jejím cílem byla časově rozlišená trojrozměrná měření parametrů plazmatu, aby bylo možné realisticky zmapovat komplexní interakce mezi magnetosférou a slunečním větrem.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Astronomie a kosmologie
RUBRIKA: Úvodník

O autorovi

Ivan Boháček

Mgr. Ivan Boháček (*1946) absolvoval Matematicko-fyzikální fakultu UK v Praze. Do roku 1977 se zabýval v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského molekulovou spektroskopií, do roku 1985 detektory ionizujících částic v pevné fázi v Ústavu pro výzkum, výrobu a využití radioizotopů. Spolu s Z. Pincem a F. Běhounkem je autorem knihy o fyzice a fyzicích Newton by se divil (Albatros, Praha 1975), a se Z. Pincem pak napsali ještě knihu o chemii Elixíry života a smrti (Albatros, Praha 1976). Ve Vesmíru působí od r. 1985.
Boháček Ivan

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné