Lubelscy astrofizycy rozgryźli sekret Słońca
Rozmowa z prof. Krzysztofem Murawskim, kierownikiem Zakładu Astrofizyki i Teorii Grawitacji na Wydziale Matematyki, Fizyki i Informatyki UMCS
Słońce zaskakuje. Im dalej od źródła ciepła, tym cieplej. Mechanizm tego procesu pozostawał dotychczas nieznany.
To fenomen, którego nie rozumieliśmy i właściwie nadal nie do końca rozumiemy. Można porównać to do ogniska, które jest najgorętsze w środku. Dotyk palących się węgli wywołuje oparzenia. Kiedy oddalamy rękę, robi się chłodniej, temperatura spada. Wydawałoby się, że podobne zależności panują w całym wszechświecie. Tymczasem Słońce jest zupełnie inne. W jądrze panuje temperatura w wysokości 15 mln Kelwinów. W fotosferze spada do 4300 Kelwinów i tam jest najzimniej. Natomiast u podstaw korony słonecznej temperatura nagle wzrasta. Dzieje się to na grubości 100 - 200 km. Przy 700 tys. km promienia Słońca to prawie nic. I tam temperatura wzrasta do 2 - 3 mln Kelwinów. Wróćmy do porównania z ogniskiem. Wyobraźmy sobie, że odsuwając rękę od ogniska, robi się coraz gorącej i nagle ręka zaczyna parzyć. To wydaje się nielogiczne.
I tutaj pojawia się dwuosobowy zespół, w którym oprócz Pana jest i mgr inż. Dariusz Wójcik. Żeby wyjaśnić to zjawisko, przeprowadziliście na UMCS zaawansowane badania.
Wykonaliśmy symulacje numeryczne fal Alfvéna. Zasady ich działania możemy poznać przeprowadzając eksperyment w warunkach domowych. Wystarczy wziąć pęczek elastycznej wikliny, włożyć go do wody i skręcać. I to skręcenie rozchodzić się będzie w postaci fal. W warunkach kosmicznych te fale, zwane falami Alfvéna, występują wszędzie tam, gdzie jest pole magnetyczne. Fale Alfvéna są prowadzone wzdłuż linii pola magnetycznego. Posiadają potencjał do ogrzewania korony i do generowania wiatru słonecznego. Ten ostatni jest strumieniem niezwykle szybkich, o prędkościach sięgających 300 km na sekundę, protonów i jąder helu. Energia w tym „tyglu” nieustannie „gotuje się”, wiruje i wydostaje na zewnątrz.
Jaką rolę odgrywa pole magnetyczne?
Transformuje tę energię do wyższych obszarów. Robi to w taki sposób, że wystarcza jej do tego, żeby wyjaśnić proces ogrzewania korony słonecznej. Podczas badań wykazaliśmy, że odpowiadają za to właśnie fale Alfvéna. Do tego niezbędne były precyzyjne obserwacje wykonane przez grupę w Irlandii Północnej, w obserwatorium w Armagh. W Lublinie, mając do dyspozycji specjalistyczne programy numeryczne, przeprowadziliśmy szczegółowe symulacje. Prace wykonaliśmy na superkomputerze na UMCS, którego moce obliczeniowe pozwalają na wykonywanie realistycznych symulacji w trzech wymiarach.
Efekty Waszej pracy ukazały się w prestiżowym czasopiśmie Nature. Jakie mogą być konsekwencje tego odkrycia?
Słońce jest średniakiem, który zachowuje się tak, jak wiele innych gwiazd i zrozumienie tych zjawisk jest dla nas bardzo istotne. Człowiek przywykł do życia w świecie prawie pozbawionym pola magnetycznego. Na Ziemi jest ono najsilniejsze na biegunach, ale jest nadal zbyt słabe, żebyśmy je wyczuli. Jedynie zwierzęta to potrafią. Na przykład ptaki, które wędrują zgodnie z cyklem pór roku. Tymczasem badania sugerują, że jest szansa, żebyśmy przy pomocy pola magnetycznego przesyłali energię z pominięciem pewnych obszarów. Oczywiście to jest nadal w ramach pewnych fantazji, ale skoro dzieje się tak na Słońcu, to może i my znajdziemy sposób, żeby powtórzyć to na Ziemi.
Czy fizycy z UMCS często angażują się w podobne międzynarodowe projekty?
Oczywiście. W Katedrze Fizyki Teoretycznej mamy grupę zajmującą się m.in. teorią grawitacji, czarnymi dziurami i ciemną materią. Przed astrofizykami jeszcze bardzo dużo pracy, bo nasza wiedza o wszechświecie jest bardzo znikoma. Wystarczy wspomnieć o najgłośniejszym ostatnimi czasy odkryciu przez NASA siedmiu planet spoza naszego Układu Słonecznego. Wśród nich trzy mają szansę mieć wodę, czyli znajdują się w strefie życia. Tymi obszarami również zajmują się astrofizycy z UMCS.
Rozmawiał Piotr Nowak