Patrząc na śmierć Słońca

O obserwacji Słońca i jego życiu z prof. Pawłem Rudawym rozmawiał Jan Król.

Spotkanie z naukowcem 7 czerwca, godz. 19.00 >

Czym jest Słońce?

Można to rozpatrywać różnie. Z punktu widzenia astrofizyków jest to niepozorna gwiazda, znajdująca się na peryferiach Galaktyki, w promieniach której przyszło nam żyć i ewoluować. Z punktu widzenia procesów biologicznych i klimatycznych na Ziemi, Słońce jest napędzającym je motorem. Nawet energia zgromadzona w postaci paliw kopalnych, z której z takim zapałem korzystamy, jest energią słoneczną, tyle, że zmagazynowaną miliony lat temu.

Możemy też spojrzeć na Słońce jako na maszynę magnetohydrodynamiczną. Jej niejednostajna aktywność w istotny sposób wpływa na przebieg procesów biologicznych i klimatycznych na Ziemi oraz na naszą, jako gatunku, aktywność technologiczną. Zmienna aktywność Słońca może wpływać na globalne zmiany klimatu, powodować zakłócenia nawigacji i łączności elektronicznej czy nawet zakłócenia w przesyłaniu energii elektrycznej. Jesteśmy cywilizacją w pewnym sensie kosmiczną i nie unikniemy wpływu oddziaływań innych ciał niebieskich na Ziemię.

A na ludzi i zwierzęta Słońce również ma wpływ?

Na pewno. Są doniesienia, że po silnych rozbłyskach na Słońcu zwiększa się choćby ilość wypadków samochodowych. A więc w jakiś sposób odczuwamy ich skutki. Nie wiadomo jeszcze jak to się dzieje, bo przecież nie mamy zmysłu np. magnetycznego. Zwierzęta, które w nawigacji posługują się odczytami lokalnego gradientu czy kierunku pola magnetycznego, odczuwają to z pewnością bardziej.

Ile energii wyzwala rozbłysk słoneczny?

W takim typowym rozbłysku słonecznym wydziela się energia rzędu 10 do potęgi 25-tej dżuli. Jak to sobie przeliczyć na tony materiałów wybuchowych, jest to jakieś 2,5 miliona gigaton trotylu. Gdyby taki rozbłysk nastąpił blisko Ziemi, stanowiłby dla nas śmiertelne niebezpieczeństwo. Na szczęście jesteśmy osłonięci jonosferą, magnetosferą i oddaleni od Słońca aż o 150 mln kilometrów. Dzięki temu nic bardzo niebezpiecznego nam z jego strony nie grozi.

Z jakich warstw składa się Słońce?

Słońce jest wielką kulą plazmową i nie ma żadnej ściśle określonej powierzchni granicznej. Heliofizycy dzielą Słońce na jądro, czyli kocioł termonuklearny, w którym wydziela się energia, warstwę promienistą, która przenosi energię z jądra ku powierzchni, nad warstwą promienistą jest jeszcze warstwa konwektywna o grubości prawie 200 tys. kilometrów. Potem zaczyna się atmosfera Słońca, którą dzielimy na fotosferę, chromosferę i koronę słoneczną. Co się na Słońcu dzieje dotyczy nas bezpośrednio, bo z formalnego punktu widzenia w tej gwieździe żyjemy. Gęstość plazmy we wnętrzu Słońca jest tak wielka, że kwant energii wytworzony w jądrze Słońca ma szansę pojawić się na jego powierzchni dopiero po nawet kilkuset tysiącach lat.

Czym jest korona słoneczna?

Jest atmosferą, którą tylko podczas całkowitego zaćmienia Słońca jesteśmy w stanie dostrzec w świetle widzialnym. Ze względu na rozproszenie niezwykle jasnego światła z fotosfery w atmosferze ziemskiej, na co dzień nie możemy dostrzec znacznie słabiej świecącej korony. Co ciekawe, korona jest bardzo gorąca, nawet jak na warunki słoneczne. Temperatura powierzchni Słońca to zaledwie kilka tysięcy kelwinów, a tymczasem temperatura korony dochodzi do dwóch i więcej megakelwinów. To z grubsza tysiąc razy więcej!

Jakie zjawiska zachodzą w koronie słonecznej?

W sposób najpiękniejszy obserwujemy tam skutki oddziaływania silnych pól magnetycznych z plazmą. Najpotężniejszym przejawem takich oddziaływań są rozbłyski słoneczne. W koronie obserwujemy zawieszone w polu magnetycznym przepiękne chmury stosunkowo chłodnego i gęstego gazu, nazywane przez nas protuberancjami. W sprzyjających warunkach, podczas zaćmienia Słońca, można je dostrzec nawet gołym okiem. W koronie widzimy również przepiękne streamery magnetyczne, czyli kanały wypełnione gęstszą plazmą, pętle magnetyczne i wiele innych, często bardzo dynamicznych zjawisk.

W wyniku procesów oddziaływania plazmy z polem magnetycznym, a w szczególności zjawiska wmrożenia plazmy w pole, w koronie często obserwujemy wyraźnie wydzielone struktury wypełnione bardzo gorącą plazmą, np. pętle porozbłyskowe, a obok stosunkowo chłodne i wypełnione plazmą o niskiej gęstości tzw. dziury koronalne.

Jak obserwować Słońce? Czy jest to niebezpieczne?

Nawet najkrótsze spojrzenie na Słońce przez jakikolwiek instrument optyczny błyskawicznie doprowadzi do całkowitej utraty wzroku. Stąd, dla osób pragnących samodzielnie obserwować tarczę Słońca, najbezpieczniejsza jest metoda projekcyjna. Wiązkę światła z teleskopu naprowadzonego na Słońce (pod żadnym pozorem nie zaglądamy do okularu!) ogniskujemy na kartce i obserwujemy duży, jasny obraz tarczy Słońca. Przed takimi obserwacjami trzeba się jednak upewnić np. w instrukcji obsługi, że sam teleskop przetrwa skierowanie w stronę Słońca. Niektóre soczewki mogą nie wytrzymać tak podwyższonej temperatury.

Drugą bezpieczną metodą obserwacji Słońca jest użycie tzw. filtra Baadera albo inaczej tzw. folii mylarowej. Taka certyfikowana folia, umieszczona przed „wlotem” teleskopu, mniej więcej 100 tys. razy zmniejsza strumień energii docierający do teleskopu. Cały obiektyw bardzo starannie zasłaniamy folią i mamy 100% gwarancji bezpieczeństwa.

Naukowcy posługują się często tzw. wąskopasmowymi filtrami interferencyjno-polaryzacyjnymi, które z całego zakresu widma widzialnego przepuszczają tylko bardzo wąski zakres długości fal, np. w jądrze linii H-alfa (656.3 nm). Nawet światło z dużego teleskopu, po przepuszczeniu przez taki filtr zostaje wystarczająco osłabione, by można było bezpiecznie prowadzić obserwację. Oczywiście, w ich użyciu nie chodzi tylko o osłabienie światła, a o obserwacje w świetle o wybranej długości. Same filtry interferencyjno-polaryzacyjne osłaniamy dodatkowo specjalnymi filtrami absorbującymi energię termiczną. Zdarza się jednak, że i te filtry osłonowe pękają. Widać, jak niebezpieczne są obserwacje Słońca.

Oczywiście, prowadzimy także obserwacje innymi metodami, np. obserwacje spektroskopowe. Wiązkę światła kierujemy wtedy nie na kamery, a na szczelinę lub okno wejściowe spektrografu. Możemy wówczas prowadzić analizy spektralne i poznać warunki fizyczne obserwowanego fragmentu tarczy Słońca. W badaniach heliofizycznych szeroko wykorzystywane są także obserwacje satelitarne (w zakresach rentgenowskim i ultrafioletowym), radiowe i obserwacje w podczerwieni.

Zaćmienia Słońca dają inne możliwości obserwacyjne?

Światło rozproszone w atmosferze ziemskiej jest co najmniej o rząd jaśniejsze niż korona słoneczna, więc z Ziemi na co dzień jej nie widać. Natomiast podczas zaćmienia możemy ją dostrzec gołym okiem nad brzegiem Księżyca. Gdy zbliża się takie zaćmienie, pakujemy instrumenty obserwacyjne i udajemy się w miejsce leżące w pasie całkowitego zaćmienia, które według prognoz pogody daje największą szansę zaobserwowania zaćmienia. Na wybranym miejscu przez tydzień przygotowujemy się na 2 do 4 minut obserwacji zaćmienia…

Co by się stało, gdyby Słońce zgasło?

Mogę dać gwarancję na piśmie, że Słońce nie zgaśnie!  Nic nie ryzykuję – w razie czego i tak nie będzie komu zgłaszać pretensji. Słońce nie może tak nagle zgasnąć, gwarantują to podstawowe prawa budowy gwiazd. Możemy się spodziewać raczej czegoś odwrotnego – Słońce powoli, ewoluując, powiększa swoją średnicę i jasność powierzchniową. Dzieje się tak w wyniku zachodzących w nim reakcji termojądrowych, prowadzących do bardzo powolnej przebudowy składu chemicznego i parametru fizycznego w jego jądrze. Słońce świeci coraz jaśniej i mniej więcej za miliard, do półtora miliarda lat, strumień energii docierający do Ziemi będzie tak duży, że raczej będziemy mieli problem z gotowaniem się oceanów. Nasza gwiazda będzie świeciła do mniej więcej 10,9 mld lat, teraz ma „zaledwie” 4,6 mld. Potem przekształci się w czerwonego olbrzyma, zrzuci otoczkę i w wieku około 12.4 mld lat zmieni się w białego karła. Wszystko to spowoduje, że zostanie zniszczony Merkury, Wenus, a Ziemia przesunie się na orbicie.
 

Data publikacji: 29 maja 2018