Bekapcsolt hangszóróra öntött folyadékoldat segítette a tudósokat annak megértésében, hogy miként keletkeznek a Nap felszínén megfigyelhető anyagkilövellések. A magyar vezetésű, nemzetközi kutatócsoport tagjai kísérletükkel első ízben bizonyították, hogy a napszpikulák keletkezését és nagy számát egy egyszerű mechanizmus, a konvekció okozhatja.
A sugárszerű anyagkilövellés (jet) rendkívül gyakori a természetben. Ennek egyik példája a hím alligátorok párzási viselkedése során figyelhető meg: amikor az aligátor épphogy a vízfelszín alá meríti nyakát, mély, basszus tartománybeli frekvenciákon hangos morgást hallat, aminek hatására vízsugarak kezdenek táncba a tó felszínén.
A jelenségért felelős fizikai mechanizmus a Faraday-gerjesztés, amelyet először 1831-ben Michael Faraday angol fizikus demonstrált sekély folyadékban egy rugalmas membrán segítségével.
A Nap felszínén is megfigyelhető hasonló anyagkilövellés az anyag negyedik halmazállapotaként is emlegetett szuperforró plazmában. A szoláris szpikulákat régóta vizsgálják a tudósok, de keletkezésüket még nem sikerült teljes mértékben megmagyarázni.
Magyar, indiai és brit tudósok egy csoportja a közelmúltban olyan kísérletet végezett, amelynek során erre kerestek magyarázatot. A csillagászok polimerfizikusokat hívtak segítségül, hogy laboratóriumi körülmények között vizsgálhassák a jelenséget. Egy elfektetett, bekapcsolt hangszóróra folyadékoldatot öntöttek, amely a rezgés hatására függőleges jeteket lövellt ki.
A polimerfolyadékok speciális tulajdonsága, hogy alkotóelemeik összekapcsolódnak egy kitüntetett irányban – éppen úgy, mint ahogy a Nap plazmáját alkotó elemek is sugarakba rendeződnek a mágneses tér mentén.
A hangszóróra azért volt szükség, mert a tudósok így tudták szimulálni a Nap felszínére merőleges rezgését – a globális szoláris oszcillációt.
A víz alá merülő aligátor és a Faraday-gerjesztés:
A kísérlettel a Piyali Chatterjee (Indiai Asztrofizikai Intézet, illetve Bengaluru Egyetem) és Erdélyi Róbert (ELTE Csillagászati Tanszék, illetve Sheffieldi Egyetem) által vezetett nemzetközi tudóscsoport
első ízben bizonyította, hogy a napszpikulák keletkezését és nagy számát egy régről ismert, egyszerű mechanizmus, a konvekció okozhatja.
A mechanizmus – ahhoz hasonlóan, ahogy melegítés közben az edényben forr a víz – nagyjából periodikus, igen erős lökéseket gyakorol a plazmára a napfelszín (a fotoszféra) fölött elhelyezkedő vékony rétegben, vagyis a kromoszférában.
A Nap atmoszférájában sok, különféle magasságú és sebességű szpikulát látnak a tudósok, és éppen ez a sokféleség nehezíti a kialakulásuk megértését. A polimerfolyadék-kísérlettel azonban a kutatócsoportnak sikerült azt is megmutatnia, hogy a Nap konvekciója önmagában is sokféle különböző anyagkiáramlást képes kialakítani.
Amikor ugyanis kilövellés közben a konvekcó által gerjesztett hullámok amplitúdója túlságosan megnő, nemlineáris hullámtörés keletkezik. Ez a jelenség máshol is megfigyelhető, például az óceánok nagy hullámmozgásaiban vagy a galaxisok spirálkarjaiban.
„A kutatás során közvetlen bizonyítékot kerestünk arra, hogyan lehet jelen mintegy 3 millió szpikula egyszerre a Nap felszínén, és a polimer folyadékok fizikájába nyújtott egyedi bepillantás valóban alapvető felfedezést tett lehetővé” – magyarázta Erdélyi Róbert csillagász.
A kutatás azért is számít rendkívül fontosnak a szakterületen, mert a szpikulák nagy száma miatt a kutatók feltételezik, hogy a plazmakilövellések kulcsszerepet játszanak a Naprendszer tömeg- és energiaszállításban. Ennek mikéntjére azonban a modern plazma-asztrofizika még nem talált magyarázatot. Az eredményeket összegző tanulmány március 3-án jelent meg a Nature Physics lapban, illetve a SharedIten is olvasható.
Ezek is érdekelhetnek:
(Forrás: ELTE)