Když Slunce vysílá rentgenové pulsy, tak ionosféra Země pulsuje
synchronně s tím, tedy daleko dříve než sem dorazí výrony sluneční
hmoty

Vědecký tým vedený odbornicí na sluneční fyziku Laurou Hayes vyšetřoval
vazby mezi slunečními erupcemi a zemskou atmosférou. Objevili přitom, že
pulsy při výbuchu 24. července 2016 byly v elektrickými proudy protkaných
vrstvách zemské atmosféry, kde má ovzduší charakter plazmy, stejně jak
výboje v našich zářivkách, nacházejících se na rozhraní atmosféry s
vnějším vesmírem – kterým se říká ionosféra – kdy tyto vrstvy
kmitaly jako zrcadlo rentgenových oscilací Slunce.

Jenže ty synchronizace probíhají trochu moc rychle souběžně s tím, co se
děle na Slunci, a nečekají, až sem přiletí koronální výrony, co nám
atmosféru rozkmitají.

NASA zachytila, jak při sluneční erupci pulsovalo Slunce současně se Zemí

Dobře víme, že když na Slunci vybuchují gigantické exploze – jako jsou
pulsy záření zvané sluneční erupce – takže ty mohou mít dopady na
celou sluneční soustavu, včetně okolí Země. Když chcete ale tyto účinky
monitorovat, je zapotřebí mít observatoře na spoustě míst, s mnoha
perspektivami pohledu, stejně jako nám meteorologické senzory po celé Zemi
umožňují monitorovat, co se děje během pozemských bouří.

Za použití četných observatoří ukázaly dvě nedávné studie, jak
sluneční erupce probíhají v pulsech čili oscilacích a jaké objemy energie
vysílají. Takovýto výzkum poskytuje nový vhled jak do původu těchto
mohutný slunečních erupcí, tak i pohled na kosmické počasí, které se
tím vytváří, což je klíčová informace pro všechny lidské i robotické
mise při jejich dobrodružstvích ve slunečních soustavě dosahujících
dále a dále od domova.

První studie sledovala oscilace během erupce – nečekaně přitom –
změřila celkový výkon Slunce ve složce extrémního ultrafialového světla,
tedy typu světla, které už lidské oko nevidí. (Ale způsobuje např.
opálení.) 15. února 2011 vyslalo Slunce sluneční erupci třídy X, tedy v
té nejmohutnější sortě těchto intenzivních výtrysků radiace. Protože
měli věci spoustu nástrojů ke sledování této události, tak dovedli
vysledovat i oscilace v záření této erupce, k nimž docházelo souběžně v
několika různých sadách pozorování.

„Jakýkoliv typ oscilací na Slunci nám toho může hodně říci o
prostředí, ve kterém k oscilacím dochází, nebo o typu fyzikálního
mechanismu, který je hybatelem těmi změnami emise,“ řekl Ryan Milligan,
vedoucí autor první studie a sluneční fyzik v Goddardově centru kosmických
letů NASA v Greenbelt v Marylandu provedené spolu s University of Glasgow
Scotland. V tomto případě pravidelné pulsy extrémně ultrafialového
světla poukazují na otřesy – podobné zemským zemětřesením – které
během té erupce cloumají chromosférou, tedy podložím vnější atmosféry
Slunce.

Co ale Milligana na těch oscilacích překvapilo, byl fakt, že si jich všimli
nejdříve u extrémně ultrafialových dat z NOAA GOES – tj. ze Satelitu
pozorování prostředí na geostacionární dráze Země, který sedí ve
vesmíru v těsné blízkosti Země. Jeho mise zkoumá, co dělá Slunce se
Zemí, když zachycuje data o rentgenových a extrémně ultrafialových
paprscích – aby dostal celkové množství energie Slunce, které se na Zem v
průběhu času dostává.

To nebyla pro Milligana typická datová sada. Ač GOES pomáhá monitorovat
účinky slunečních erupcí na kosmické prostředí kolem Země – kterému
se říká kosmické počasí – nebyl tento satelit původně konstruován,
aby detekoval podrobná data, jako jsou tyto oscilace.

Při studiu slunečních erupcí využívá Milligan spíše data o vysokém
rozlišení z konkrétních aktivních regionů sluneční atmosféry, aby
studoval fyzikálních procesy, na nichž ta erupce spočívá. To je často
nezbytné, aby se zaostřil na události v konkrétní oblasti – jinak by ho
snadno mohl zmást šum z pozadí neustálého intenzivního vyzařování
Slunce.

„Ty erupce samotné jsou velice lokalizované, a tak je třeba detekovat ty
oscilace oproti pozadí šumu běžného vyzařování Slunce, ale na tomto se
ukazuje, že data o vyzařování jsou nesmírně ohromující,“ říká
Milligan.

Už předtím přicházely zprávy o oscilacích dat a o rentgenových
paprscích z GOES při slunečních erupcích, které měly původ v horní
atmosféře Slunce zvané korona. Co bylo divné, že v tomto případě se v
pulsech objevovaly ultrafialové emise o frekvencích, které se ukazují, že
mají původ daleko níže, v chromosféře, což nám poskytuje více
informací o tom, jak energie erupce cestuje sluneční atmosférou.

Aby se ujistili, že tyto oscilace jsou reálné, zkontroloval Milligan se
svými kolegy odpovídající data z jiných instrumentů ke sledování Slunce
na palubě Solar Dynamics Observatory NASA včetně jednoho, který rovněž
sbírá extrémní ultrafialové záření a dalšího, který zobrazuje koronu
v jiných vlnových délkách světla. No a zjistili přesně ty samé pulsy ve
všech těchto datových sadách, což potvrdilo, že zdroj tohoto jevu je ve
Slunci. Svá zjištění shrnuli v článku vydaném 9. října 2017 v The
Astrophysical Journal Letters.

Tyto oscilace vědce zajímají, protože by mohly být výsledkem mechanismů,
kterými erupce vrhají energii do vesmíru – což je proces, kterému pořád
ještě úplně nerozumíme. Navíc je tu fakt, že ty oscilace se objevují v
datových sadách typicky používaných k monitorování velkých kosmických
vzorů, které ukazují, že by mohly sehrát roli jako hybatelé kosmickým
počasím.

Ve druhé studii vědci zkoumali vazby mezi slunečními erupcemi a aktivitou
zemské atmosféry. A ten tým objevil, že při erupci třídy C z 24.
července 2016 pulsy v elektrickými proudy protkané vrstvě zemské atmosféry
– zvané ionosféra – byly zrcadlovým obrazem oscilací rentgenových
paprsků a vůbec nečekaly, až sem dorazí výrony sluneční hmoty. Erupce
třídy C je mírné až nízké intenzity, a tedy asi 100 slabší než erupce
třídy X.

Ionosféra táhnoucí se zhruba 30 až 600 mil nad zemským povrchem je
neustále se měnící region atmosféry z řídkého plynu přeměněného na
plazmu jako v naší zářivce, který citlivě reaguje na vše, co se děje jak
dole na Zemi, tak nahoře ve vesmíru. Nadýmá se v reakci na přicházející
sluneční radiaci, která ionizuje atmosférické plyny a uklidňuje se v noci,
kdy se nabité částice pozvolna rekombinují do obyčejných atomů a molekul.

Konkrétně šlo o vědecký tým vedený Laurou Hayes, odbornicí na sluneční
fyziku, která dělí svůj čas mezi Goddarga v NASA a Trinity College v
irském Dublinu a poradcem její práce Peterem Gallagherem – který se
podíval na nejnižší vrstvu ionosféry zvanou region D, aby zjistil, jak ta
reaguje na sluneční erupce.

„Je to právě ten region ionosféry, od kterého se odráží signály
krátkých vln pro komunikaci a navigaci,“ říká Hayes. „Ty signály
vletí do regionu D a změny v hustotě volných elektronů pak rozhodují,
jestli se ten signál absorbuje nebo dojde k jeho degradaci.“

Vědci použili dat o rádiových signálech velmi nízké frekvence čili VLF,
aby vyzkoušeli účinek erupce na region D. Byl to standardní komunikační
signál vysílaný z Maine a zachycovaný v Irsku. Čím byla hustší
ionosféra, tím častěji narážel signál na nabité částice, aby se
dostaly od vysílače k přijímači. Sledováním šíření signálu VLF z
místa na místo mohli vědci zmapovat změny v hustotě elektronů.

Když dali dohromady data z VLF a z pozorování rentgenových paprsků a
extrémně ultrafialových paprsků sledovaných GOES a SDO, tak tento tým
zjistil, že hustota elektronů v regionu D pulsovala v souhře s rentgenovými
pulsy Slunce. Svůj výsledek vydali 17. října 2017 v Journal of Geophysical
Research.

„Rentgenové paprsky řídí ionosféru, protože tok přicházející
rentgenové radiace se mění a zrovna tak se mění i množství ionizace
atmosféry,“ řekl Jack Ireland, spoluautor jak na této studii, tak na
sluneční fyzice u Goddarda. „Oscilace rentgenových toků jsme už v
minulosti sledovali, ale že nám spolu s nimi osciluje i ionosféra, toho jsme
si v minulosti nevšimli.“

Hayes se svými kolegy použila model, aby zjistili, jak moc se hustota
elektronů při takové erupci mění. V reakci na přicházející radiaci
zjistili, že hustota se při takových pulsech změní až 100 násobně během
pouhých 20 minut, což bylo vzrušující zjištění pro vědce, které
nenapadlo, že oscilace nějakého signálu z erupce by mohla mít tak ohromný
účinek na ionosféru. Tým doufá, že v další studii pochopí, jak
ionosféra reaguje na oscilace rentgenových paprsků v různých časových
škálách a to, jak sluneční erupce takové reakce vyvolávají.

„Je to vzrušující výsledek, který nám ukazuje, že atmosféra Země je
daleko úžeji provázána s variabilitou rentgenových paprsků, než se dosud
myslelo,“ říká Hayes. „Plánujeme teď více prozkoumat dynamiku vztahů
mezi Sluncem a atmosférou Země.“

Obě tyto studie těží z faktu, že jsme čím dál více schopni sledovat
aktivitu Slunce a kosmické počasí z četných sledovacích bodů. Abychom
pochopili kosmické počasí, které na nás má na Zemi dopad, vyžaduje to,
abychom porozuměli dynamickému systému, který se táhne od Slunce až k
naší svrchní atmosféře – systému, kterému můžeme porozumět jedině,
když budeme těžit ze široké škály kosmických misí roztroušených ve
vesmíru.
