Zašto Sunce s tamnim pjegama svijetli jače?

Zahvaljujući ponovnom uzletu u izradi vakuumskim teleskopa za promatranje Sunčeve površine, napokon imamo rezolucije dovoljno velike za uočavanje granula u sunčevim pjegama i prostora između njih

Vladis Vujnović četvrtak, 25. siječnja 2018. u 18:00

Nesumnjivo je dokazano da globalnom zatopljenju Zemljine krio-, hidro- i atmo-sfere pridonosi Sunce. U vrijeme maksimuma Sunčeve aktivnosti koja se obilježuje pojavom velikog broja pjega koje djelomice zatamnjuju njegovu površinu, Sunce zrači 0,1 % više nego u minimumu aktivnosti, kada pjega bukvalno i nema. S tim djelićem postotka nije se šaliti, jer Sunce svaki kvadratni metar postavljen frontalno ozračuje s 1.360 vata. (Zamislimo da na Zemljino tlo postavimo tome odgovarajući broj električnih grijalica.) Iako je Sunčeva površina posuta tamnim pjegama koje zrače manje od okoline, odnekuda pristiže dodatno zračenje koje ne samo da zamjenjuje gubitak zračenja samih pjega, već ga i nadmašuje. Pjege zauzimaju 0,2 % Sunčeve površine, a zračenje jača za 0,1 % - koji tome može biti razlog?!

Osnovni razlog nalazi se u promjenjivom magnetnom polju koje prožima Sunce, a pojave koje doprinose zračenju jesu baklje. Uočene su u vrijeme otkrića Sunčevih pjega, oko godine 1610. Nisu ih mogli previdjeti ni C. Scheiner ni G. Galilei koji su početkom 17. st. s vrlo jednostavnima, nesavršenima teleskopima prvi proučavali pjege. Opat Scheiner proučavao ih je vrlo temeljito, a Galilei ih je pokušao fizikalno protumačiti. Bakljama je 1613. dao ime, koje se danas brzopleto daje svim bljeskovitim pojavama na Suncu. Baklje su svijetlije plohe na već jako svijetloj Sunčevoj površini, fotosferi – plinovitom ovoju Sunca debljine 500 km i vidljive su pri rubnim dijelovima Sunčeva kruga, kao ukrasi na rubovima tanjura. Scheiner ih je vjerno crtao zajedno s pjegama jer su baklje i pjege zapravo nerazdvojne. Pjege se grupiraju usred baklji!  Baklje su stalnije i trajnije od pjega. Katkada se pojave samo baklje što je znak da će se pojaviti i pjege. Kada pjege iščeznu, baklje znadu ostati.

Na početku 17. st. Nije bilo fizikalnoga znanja kojim bi se pojave protumačile. Pri otkriću pjega čak se pretpostavljalo da se radi o planetima kako obilaze oko Sunca. Trebalo je hrabrosti da se prizna da je Sunce zaprljano i realno tijelo. Zatim se pomoću pjega koje se obrću oko Sunčeve osi odredio period Sunčeve rotacije i položaj osi u prostoru. Nejednolika površina Sunca smatrala se fosforescentnim oblacima (ma štogod da to znači), a pjege otvorima kroz koje se nazire hladnije tlo. Sunce kao planet! Priroda bliješteće površine rastumačena je tek polovicom 19. st. u vrijeme naših pradjedova i prabaki. Prije se je bio otkrio izvor Sunčeve energije nego priroda baklji!

Na putu do tumačenja baklji trebalo je ispitati njihovu građu, mjeriti im temperaturu i magnetsko polje koje se u njima nalazi. Baklje nisu cjelovite pojave već su zrnate građe, kao i čitava fotosfera. Zrnca ili granule su plinoviti oblačci dimenzije 1''-2'' ili manje i nestalnog su oblika. Uzgonom donose toplinu iz Sunčeva središta i tonu kada su ohlađene. U bakljama je temperatura 100 stupnjeva viša nego u ostaloj fotosferi, a magnetsko polje dostiže 1500 gausa, što je dva puta manje od onoga koje je u središtu pjega. Da je magnetsko polje fotosfere veoma slabo, oko 1 gausa, držalo se sve dok se mjerilo s teleskopima koji su slabo razlučivali pojedinosti fotosfere. Slabo razlučuje teleskop kojega je promjer objektiva desetak centimetara što dozvoljava da se jasno vide pojedinosti koje imaju kutnu veličinu od 1'', a to na udaljenosti Sunca iznosi 725 km. Posljedica je da su slike granula koje od kojih su baklje sagrađene, posve zamućene.

Ulogu preuzimaju veliki Sunčevi teleskopi i oni u kojima svjetlost prolazi kroz vakuum. Jedan najvažniji razlog zamućenih slika je nestabilan, jakom Sunčevom svjetlošću zagrijani zrak u tubusu teleskopa. Vakuumizirani teleskopi ušli su u uporabu sedamedesetih godina prošloga stoljeća, no pravi procvat odvija se ovoga stoljeća i upravo sada. Jedan od vakuumskih teleskopa s otvorom od 0,65 m nalazi se usred jezera Big Bear u Kaliforniji, drugi od 0,76 m na zvjezdarnici Sacramento Peak u Novom Meksiku, a dva su na Kanarskim otocima, njemački otvora 0,7 m i švedski od 0,98 m. Ovaj posljednji je iznimno refraktor i ima nadasve zanimljivu optiku. Objektiv je jednostavna leća od taljenog kremena koja iskazuje kromatsku aberaciju, a ujedno ima zadaću da poklopi vakuumirani tubus. To je drugi najveći refraktor na svijetu! (Najveći je izrađen još u 19. st.) Kromatska aberacija ispravlja se u žarišnoj ravnini posebnim optičkim dodatkom, a za poboljšanje razlučivanja do 0,1'' koristi se adaptivna optika. Time se na Suncu uspijevaju uočiti detalji od 75 km.

Najveći aktivni Sunčev teleskop nije vakuumski, otvora je od 1,6 m na Big Bear zvjezdarnici. Pomoću ovakvih teleskopa postaju vidljivi detalji od 50 - 70 km, što je mnogo manje od veličine granula. Pri tom razlučivanju vidljivi su prostori između granula i njihova dna gdje se povijaju uski snopovi magnetskih silnica s jakim magnetskim poljima. Svjetlost prodire s dna granula koje zbog više temperature ima veću jakost. To je razlog da su polja granula s povišenim temperaturama vidljiva pri rubnim dijelovima Sunčevoga kruga, kamo naš pogled dopire iskosa. „Baklje“ su posljedica „zavirivanja“ u dublje dijelove fotosfere.

Za dalji napredak u ispitivanju Sunca planiraju se i već grade teleskopi s otvorom od 4 m, veoma smionih konstrukcija, ali bez uporabe vakuuma jer nema dovoljno čvrstih velikih prozirnih ploča. Konstrukcije su potpomognute suvremenim optičkim izvedbama koje razlučnu moć teleskopa dovode do granica koje su određene valnom prirodom svjetlosti.

Dr Vladis Vujnović hrvatski je fizičar s bogatom znanstvenom karijerom u nas i svijetu. Područje njegova rada obuhvaća laboratorijsku atomsku fiziku (fiziku ioniziranoga plina) i optiku, astrofiziku i geofiziku. U zračenju visokotemperaturnog ioniziranoga vodika otkrio disoluciju linija Balmerove serije vodikova spektra, ustanovio poopćenu Planckovu formulu za zračenje užarene površine volframa, mjerio raspored jakosti geomagnetskoga polja u dijelu Hrvatske. Na PMF-u uveo četiri nova kolegija, osnivač je laboratorija fizike ioniziranih plinova u Institutu za fiziku Sveučilišta (1962), urednik časopisa Zemlja i svemir (1964–65) te časopisa Hvar Observatory Bulletin (1977–90). Dobitnik je državne nagrade za popularizaciju i promidžbu znanosti, 1998., Nagrada Ivan Filipović za životno djelo, 2003.