Než se rozhodnete přečíst si následující řádky, zkuste si na minutu odskočit na starší článek Korunou si hodím, až se budeš ptát... (keď predpovede treba meniť podľa Slnka). Nemusíte se poprat se slovenštinou, stačí, když si prohlédnete obrázky, které dokumentují, jak se předpovědi o charakteru pomalu se rozbíhajícího slunečního cyklu měnily a kde tyto celosvětově medializované předpovědi vznikaly. Všechny spojuje jedno jméno: David H. Hathaway, člen Oddělení pro sluneční fyziku Marshallova centra pro vesmírné lety, NASA.
Tento aktivní „prognostik“, kterému Slunce za poslední léta již několikrát naznačilo, že by své závěry předpovědních modelů mohl prezentovat opatrněji, zaujal před čtyřmi lety, v roce 2006 odvážným tvrzením, že 24. sluneční cyklus bude kulminovat kolem roku 2011 s výrazným maximem, porovnatelným s 21. a 22. cyklem a větším, než byl u předcházejícího 23. cyklu.
Že se tato předpověď netrefila ani do terče, to by u tak složitého a zatím jen zčásti probádaného jevu, jakým je sluneční aktivita snad nebylo tak překvapující. Zvláštní byla spíše metoda, kterou autor použil a o které tvrdil, že její spolehlivost je až 94 procentní. Je totiž založena na předpokladu, že porušenost magnetického pole Země v průběhu solárního cyklu, zejména v jeho již odeznívající fázi, je předobrazem intenzity cyklu následujícího. I když ve skutečnosti jde o zcela obrácenou závislost, kdy aktuální sluneční aktivita přímo ovlivňuje geomagnetické pole a zpětná vazba, navíc s několikaletým předstihem se zdá být víc jako nelogická, Hathawayovi se podařilo s ní prorazit do odborných časopisů, na konference i do medií (Geomagnetic activity indicates large amplitude for sunspot cycle 24, Geophysical Research Letters).
Nezbylo než čekat, co si o tom „myslí“ Slunce. Jak to dopadlo – i s dalšími předpověďmi, jež se minimálně jednou do roka pružně přizpůsobovaly aktuální situaci, je dnes již jasné. Všechny bychom mohli považovat když ne za zbytečné, tak alespoň za zbytečně medializované.
Mnohem racionálnější je asi zapomenout na dlouhodobé předpovídání a jevy zkoumat a snažit se jim porozumět. Hathaway alespoň prozatím opustil statistické hrátky s geomagnetickou aktivitou jako prekurzorem příští aktivity sluneční a vrátil se k reálnějšímu, už předtím zkoumanému fenoménu – k velké poledníkové cirkulaci slunečného plazmatu, jež se někdy nazývá „velký dopravníkový pás“ (Great Conveyor Belt). Tato cirkulace mu umožnila najít teorii vysvětlující dlouhotrvající solární minimum a v podobě krátkého článku v rubrice Reports ji uveřejnil v časopisu Science.
Než si teorii přiblížíme, podívejme se z rychlíku na některé jevy na Slunci
Slunce je obrovská žhavá plynná koule. Ve vnější, asi 200 000 kilometrové vrstvě plazmatu (ionizovaného plynu) dochází k přenosu tepla nejen zářením, ale i vzestupnými konvektivními proudy. Protože hvězda není pevným tělesem, je i její rotace složitější. Sledováním dlouhotrvajících slunečních skvrn se zjistilo, že čím blíž se k pólům nacházejí, tím déle jim trvá než „oběhnou“ kolem-dokola. V rovníkové oblasti vrchní vrstvy plazmatu stihnou jednu otočku za něco málo přes 25 dnů, těm u pólů to trvá o více než devět dnů déle. Takové rotaci se říká diferenciální a netýká se pouze Slunce, ale v podobě pětiminutového rozdílu se projevuje například na plynném planetárním obru Jupiteru.
V gigantické sluneční plynné kouli vzniká ještě jedno mohutné, ale pomalé proudění od rovníku směrem k pólům. Tuto poledníkovou cirkulaci způsobuje rozdílná rotace vrchních vrstev plazmatu, která se směrem do hloubky vyrovnává a sluneční jádro již rotuje jako homogenní pevné těleso. Plyn se z rychlé rovníkové povrchové oblasti pomalu tlačí směrem k pomalejším oblastem pólů, kde se ale v jistých heliopisných šířkách (kolem 75o) musí pak zákonitě opět vnořovat do hloubky, vracet se nazpátek k rovníku a uzavírat tak „velký poledníkový dopravníkový pás “ (Great Conveyor Belt). Je jedním z hlavních tvůrců periodicky se opakujících cyklů sluneční aktivity.
Plazma je ionizované a tedy vodivé. Svým tokem v magnetickém poli generuje pole další a při tak složitých, navzájem se kombinujících prouděních je pak výsledné magnetické pole Slunce, zejména v době maximální aktivity hodně složité. Následující krátké video je zjednodušenou simulací toho, co ze základního dipólového pole udělá diferenciální rotace. Deformující se křivky představují siločáry, které, „zamrzlé“ v plazmatu, se rychlejší rovníkovou rotací navíjejí a navíjejí. Vlivem poledníkových proudů se navinuté siločáry posouvají do vyšších heliopisných šířek, zahušťují se, čímž roste intenzita pole. Tam kde konvektivní proudy vystupují až k povrchu, tvoří se lokální dipóly viditelné i ve fotosféře, například v podobě slunečních skvrn. Bystrý zrak solárních sond odhaluje obrovské smyčky plazmatu proudícího nad povrchem fotosféry podél deformovaných siločar spojujících tyto lokální dipóly. V místech, kde se ramena smyčky příliš přiblíží a siločáry se navzájem propojí (rekombinují), uvolní se obrovské množství magnetické energie, která v podobě sluneční erupce do prostoru unáší masy koronální hmoty i s v ní uvězněným magnetickým polem.
To se ale děje hlavně v období, kdy je Slunce aktivní. V současnosti astrofyzici hledají vysvětlení pro jeho dlouhotrvající přílišný klid. Daniel Hathaway, na základě pozorování rychlosti zmíněného poledníkového proudu dospěl k názoru, že současné překvapivé minimum solární aktivity je možné vysvětlit pomocí jeho zvýšené rychlosti. Ta, jak odhalily analýzy obrovského počtu magnetogramů (snímků magnetického pole) Slunce, je maximální již šestý rok.
Mravenčí práci – prohlídku a měření 60 tisíců slunečních magnetogramů pořízených sondou SOHO v průběhu celého předcházejícího 23. cyklu sluneční aktivity, připadla jedné z Hathawayových studentek, Lise Rightmirové z University of Memphis. SOHO snímá magnetické pole Slunce v 96 minutovém intervalu. Lisa pak na každém pátém magnetogramu, tedy po každých 8 hodinách, měřila posun „magnetických elementů“ po povrchu Slunce. Celé léto věnovala analýze 167 slunečních rotací s průměrnou dobou 27 dnů. (Pozn.: magnetické elementy jsou magneticky dipólové, asi 100 až 200 km rozlehlé jasnější struktury, které na povrchu Slunce vytvářejí vzestupné proudy. Nejde o samotné sluneční skvrny, které dosahují v průměru desítky tisíc kilometrů.)
Z analýz vyplynulo, že čím rychleji se povrchová část poledníkového proudu pohybuje, tím méně skvrn se na Slunci tvoří. Nejpomalejší (8,5 m/s) v minulém cyklu byl proud v létech 1999 až 2003, kdy aktivita byla maximální. V roce 2004 se pak rychlost cirkulace zvýšila a zároveň začal klesat i počet skvrn. Podle výsledků je od roku 2004 poledníková cirkulace rychlejší (13,0 m/s), než byla v předcházejícím minimu, v létech 1996-7. To je v rozporu s modely, podle kterých rychlý poledníkový proud má produkovat silnější magnetické pole v oblasti pólů, zkracovat cyklus a podporovat vznik slunečních skvrn.
Protože sonda Soho může mapovat jen povrchové jevy, z jejích snímků se nedá vyčíst nic o rychlosti zpětného proudu, jež se v spodních vrstvách konvektivní zóny (v hloubce asi 200 000 km) vrací zpět od pólů k rovníku. Podle teorie by právě zde měly vznikat zárodky vzestupných proudů. Tedy i ve fotosféře viditelným slunečním skvrnám by měly „kořeny“ sahat až sem, do tohoto hlubokého vratného proudu. Když ale Hathaway vynesl do grafu závislost rychlosti pohybu slunečních skvrn v poledníkovém směru na čase, dospěl k dalšímu sporu – zatímco povrchové struktury (magnetické elementy) naznačovaly, že vrchní část poledníkové cirkulace je rychlá, sluneční skvrny podle této teorie měly být unášeny k rovníku příliš pomalu. Hathaway proto připouští, že představa „zakořenění“ slunečních skvrn v spodním poledníkovém proudu, který je pak pomalu posouvá, nemusí být správná. Jestli by se jeho názor prokázal, pak mnohé odborné práce, které takzvaný motýlkový diagram (graf výskytu slunečních skvrn v závislosti od heliopisné šířky a času) spojují s působením hlubokého vratného poledníkového proudu, se pravděpodobně alespoň částečně mýlí.
Obrázek vpravo: Magnetická polarita na pólech Slunce se mění v období maxima výskytu slunečních skvrn. Hlavní celosluneční dipólové pole má největší intenzitu v době minima sluneční aktivity. Je zajímavé, že v průběhu končícího hlubokého a dlouhého minima sluneční aktivity bylo hlavní dipólové pole také poměrně slabé. Hathaway těmito výsledky zpochybňuje teorii, že rychlý poledníkový proud je spojen s intenzivním dipólovým polem, krátkým, ale intenzivním cyklem a že podporuje vznik slunečních skvrn (Hathaway, 2009).
Abychom byli věrni tradici Hathawayových předpovědí. V článku v časopisu Science žádnou neuvádí, ale na podzim loňského roku jeden ze závěrů jeho prezentace přednesené na konferenci zněl: Sluneční 24. cyklus začal, ale očekává se, že bude velmi slabý. Laikovi, který si zběžně prohlédne různé Hathawayove korelace zůstává jenom doufat, že alespoň jejich autor tuší, z které pramení jeho přesvědčení.
| Graf délky cyklu v závislosti od rychlosti unášení skvrn směrem k rovníku v maximu cyklu. Perioda cyklu je nepřímo závislá od rychlosti, tedy čím větší rychlost, tím kratší perioda (David Hathaway, 2003). | Amplituda slunečního cyklu (počet miliontin plochy sluneční hemisféry, kterou zabírají sluneční skvrny) v závislosti od rychlosti unášení skvrn směrem k rovníku v maximu příslušného cyklu (David Hathaway, 2003). |
| David Hathaway, 2003: Amplituda nadcházejícího slunečního cyklu v závislosti od rychlosti unášení skvrn směrem k rovníku v maximu předešlého cyklu. |
Podobná závislost zveřejněná o šest let později (David Hathaway, 2009). Dokazuje korelaci mezi rychlostí proudu (unášení skvrn) a amplitudou ne následujícího, ale až dalšího cyklu s pořadovým číslem vyšším o 2. To například znamená, že pomalý spodní poledníkový proud v maximu 23. cyklu by měl předznamenávat malou amplitudu až následujícího 25. cyklu s předpokládaným maximem v roce 2022. Vlevo dole je graf z roku 2006 znázorňující tuto předpověď. |
Zdroje: Science DOI: 10.1126/science.1181990, Science NASA 1 , 2 . Odkazy na další zdroje jsou v textu.