Sončne pege — definicija, 11- in 22-letni cikli ter zgodovina

Sončne pege: definicija, mehanizem in vpliv ter 11- in 22-letni cikel; zgodovina vključujoč Maunderjev minimum — razlaga, pomen in posledice za Zemljo.

Sončna pega je območje visoke magnetne aktivnosti na površini Sonca. Gre za temnejše madeže na vidni površini (fotosferi), ker so za nekaj sto do tisoč kelvinov hladnejša od okoliškega materiala. Sončeve pege izžarevajo svetlobo, vendar manj intenzivno kot preostala fotosfera, zato se zdijo temnejše. Imajo jasno strukturo z temnejšim središčem (umbra) in svetlejšo obrobo (penumbra). Velikosti so zelo različne: nekatere so manjše od Zemlje, nekatere pa so velike večkrat ali celo desetkrat več od Zemlje — velike skupine peg lahko merijo več tisoč do večdeset tisoč kilometrov v premeru.

Struktura in magnetna narava

Sončne pege nastanejo, kjer močna magnetna polja upočasnijo konvekcijo toplote iz notranjosti Sonca. Zaradi tega pride do lokalnega ohlajanja in nastanka temnejših predelov. Pogosto se pojavijo kot bipolarne skupine (vodilna in sledilna pega) z nasprotnimi magnetnimi polaritetami. Magnetna polja v pegah so lahko tisočkrat močnejša od Zemljinega magnetnega polja in so vir povečanih izbruhov (sončnih bliskov) in koronalnih izbruhov (CME).

11-letni in 22-letni cikel

Opazili so enajstletni cikel sončnih peg, imenovan tudi Schwabejev cikel: število peg narašča do maksimuma in nato v približno enajstih letih pada do minimuma. V vsakem ciklu se pojavljajo spremembe v številu in lokaciji peg — na začetku cikla se pojavljajo na višjih heliografskih širinah in s časom migrirajo proti ekvatorju (ti pojav je znan kot "metuljev diagram" ali Spörerjev zakon).

Čeprav je opazovani številski cikel približno 11-letni, se magnetna usmeritev vodilnih peg v bipolarnih skupinah obrne vsak naslednji cikel. To pomeni, da je polarna magnetna konfiguracija na koncu dveh zaporednih 11-letnih ciklov ista kot na začetku prvega, zato govorimo o 22-letnem Halejevem magnetnem ciklu. Hale je odkril magnetno polarnost peg in njeno obrnitev med cikli.

Zgodovina opazovanj in Maunderjev minimum

Sončne pege so opazovali že v začetku 17. stoletja, med prvimi dokumentiranimi opazovalci so bili Galileo Galilei in Christoph Scheiner. Heinrich Schwabe je v 19. stoletju sistematično spremljal število peg in odkril približno enajstletni cikel. George E. Hale je v začetku 20. stoletja odkril magnetno naravo peg in s tem potrdil 22-letni magnetni cikel.

V poznem 17. in zgodnjem 18. stoletju je obdobje skoraj popolnega pomanjkanja sončnih peg znano kot Maunderjev minimum (približno 1645–1715). To obdobje je sovpadalo z delom t. i. majhne ledene dobe v Evropi (Little Ice Age), a natančen vzrok in povezava z globalnim podnebjem sta še predmet razprav. Astronomi še niso povsem prepričani, zakaj se je pojavilo tako dolgotrajno znižanje aktivnosti.

Merjenje in spremljanje

Za kvantifikacijo aktivnosti se uporablja mednarodno število sončnih peg (Wolfovo številko) ter različne indekse, merjeni na podlagi števila posameznih peg in skupin. Sodobne opazovalne tehnike vključujejo:

• videzna (belosvetlobna) opazovanja s teleskopi,
• magnetne meritve (magnetogrami),
• opazovanja v ultravijoličnem in rentgenskem delu spektra s sateliti (npr. SOHO, SDO, Hinode),
• starejše in sodobne arhive za dolgotrajne analize ciklov (npr. podatki SILSO).

Zakaj nastanejo pege — solarni dynamo

Glavni mehanizem, ki stoji za nastankom peg, je solarni dynamo: kombinacija diferencialne rotacije Sonca (enakomerno se ne vrti) in konvektivnih tokov v zunanjih plasteh proizvaja in preoblikuje magnetno polje. Magnetna polja se nabreknejo, prelomijo površino in se pojavijo kot bipolarne skupine peg. Kompleksnost in nelinearnost tega procesa pojasnjujeta, zakaj natančno napovedovanje amplitude naslednjih ciklov ostaja zahtevno.

Vplivi na Zemljo in tehnologijo

Povišana aktivnost sončevih peg ob sončnem maksimumu je povezana z večjim številom sončnih bliskov in koronalnih izbruhov, ki lahko sprožijo geomagnetne nevihte ob trku s planetarnim magnetnim poljem. Posledice so:

• polarna svetloba (aurora) na nižjih zemljepisnih širinah,
• motnje satelitskih komunikacij, GPS-signala in radijskih povezav,
• povečano sevanje, ki razvija tveganje za astronavte in posadke v letalih pri velikih višinah,
• možne vplive na električna omrežja ob zelo močnih geomagnetnih nevihtah.

Sklep

Sončne pege so ključni pokazatelj magnetne aktivnosti Sonca in temeljno orodje za razumevanje solarnog cikla. Njihovo spremljanje s talnih opazovanj in satelitov omogoča napovedovanje vesoljskega vremena in boljše razumevanje notranjih magnetnih procesov Sonca. Kljub dolgim opazovalnim nizom ostaja veliko odprtih vprašanj o natančnih mehanizmih in dolgoročnih vzorcih aktivnosti.

Zgodovina

Kitajski astronomi so povedali, da so opazili sončne pege. 17. marca 802 je menih Adelmus videl veliko sončno pego, ki jo je videl osem dni. Adelmus je mislil, da je Merkur stopil pred Sonce in ustvaril črno pego. Ko so astronomi začeli uporabljati teleskope, se je večina strinjala, da je nekaj šlo pred Soncem. Galileo Galilei je leta 1612 uganil, da so na Soncu dejanske pege in da kažejo, da se Sonce obrača.

Prve ciklične spremembe sončnih peg je opazil Heinrich Schwabe, zaradi česar jih je Rudolf Wolf od leta 1848 natančno preučeval. Prav tako leta 1848 je Joseph Henry pokazal sliko Sonca in se prepričal, da so sončne pege hladnejše od preostalega Sonca (imajo približno 7000 stopinj Fahrenheita, 4000 C). Še vedno so zelo vroče, vendar veliko hladnejše od preostale površine Sonca.

Risba sončne pege v Kronikah Janeza iz Worcestra

Išči po črki