Ηλιακές κηλίδες και ηλιακή δραστηριότητα
Οι ηλιακές κηλίδες είναι σκοτεινές περιοχές πάνω στην ηλιακή επιφάνεια, γνωστές από την αρχαιότητα. Αναφορές τους εντοπίζονται τόσο σε καταγραφές των αρχαίων Ελλήνων και Κινέζων όσο και σε ευρωπαϊκά κείμενα της εποχής του Μεσαίωνα. Από την εποχή που το τηλεσκόπιο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην Αστρονομία από τον Γαλιλαίο, ο ίδιος και πολλοί μελετητές αφιέρωσαν πολύ χρόνο στην καταγραφή του αριθμού και των κινήσεων των ηλιακών κηλίδων. Ο ίδιος ο Γαλιλαίος διαπίστωσε ότι οι κηλίδες είναι σχηματισμοί του Ήλιου και όχι πλανήτες σε τροχιά γύρω από αυτόν. Παρ’ όλο, όμως, που υπήρχαν συστηματικές καταγραφές έως τον 19ο αιώνα, η φύση των ηλιακών κηλίδων παρέμενε άγνωστη.
To 1843 o Γερμανός φαρμακοποιός και ερασιτέχνης αστρονόμος Χάινριχ Σβάμπε είχε ήδη συγκεντρώσει δεκαεπτά έτη παρατηρήσεων των ηλιακών κηλίδων σημειώνοντας τον αριθμό τους και τη θέση τους στον ηλιακό δίσκο κάθε μέρα που ο καιρός τού επέτρεπε. Σκοπός του ήταν να εντοπίσει αν υπήρχε κάποιος άγνωστος πλανήτης πιο κοντά στον Ήλιο από ό,τι ο Ερμής. Εάν ίσχυε κάτι τέτοιο, τότε αυτός θα μπορούσε να εντοπιστεί ως σκοτεινή κηλίδα, κινούμενη μπροστά στον ηλιακό δίσκο. Αντί για έναν νέο πλανήτη, ο Σβάμπε διαπίστωσε ότι ο αριθμός των ηλιακών κηλίδων αλλάζει με μια περίοδο περίπου δέκα ετών. Δημοσίευσε τα αποτελέσματά του στο γερμανικό επιστημονικό περιοδικό «Astronomische Nachrichten», κάνοντας ταυτόχρονα την (επιτυχή) πρόβλεψη ότι το επόμενος έτος με μέγιστο αριθμό ηλιακών κηλίδων θα είναι το 1849.
Αν και δεν είχε ιδιαίτερα ευρύ αντίκτυπο, η εργασία του Σβάμπε κατόρθωσε να αποσπάσει την προσοχή των κατάλληλων προσώπων. Ένα από αυτά ήταν ο διευθυντής του Αστεροσκοπείου της Βέρνης Γιόχαν Ρούντολφ Βολφ, ο οποίος στη συνέχεια συγκέντρωσε όλες τις διαθέσιμες καταγραφές του αριθμού των κηλίδων από την εποχή του Γαλιλαίου και καθιέρωσε έναν συγκεκριμένο τρόπο καταμέτρησης, τον λεγόμενο Αριθμό Βολφ. Αυτός χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα, μαζί με άλλους, επιτρέποντάς μας την εποπτεία της ηλιακής δραστηριότητας κατά τους τελευταίους τέσσερις αιώνες περίπου. Εκτός από τον Βολφ, ενδιαφέρον για την παρατήρηση του Σβάμπε έδειξε και ο Πρώσος φυσιοδίφης και πολυμαθής Αλεξάντερ Βον Χούμπολντ, ο οποίος συμπεριέλαβε τα αποτελέσματά του στο εμβληματικό του έργο «Kosmos». Μέσω του τελευταίου, τα αποτελέσματα του Σβάμπε έγιναν σύντομα γνωστά και στη Βρετανία, όπου οι Σαμπίνε και Χέρσελ διαπίστωσαν ότι η περιοδική μεταβολή του αριθμού των κηλίδων συνδέεται με την περιοδική μεταβολή των διαταραχών του γήινου μαγνητικού πεδίου. Η σύνδεση αυτή ήταν ένα μεγάλο βήμα μπροστά στην κατανόηση της φύσης των κηλίδων. Σχεδόν μισό αιώνα αργότερα, to 1908, ο Τζορτζ Έλερι Χέιλ παρατήρησε ότι οι κηλίδες περιέχουν πολύ ισχυρό μαγνητισμό, ανακαλύπτοντας, στη συνέχεια, τον 22ετή κύκλου του ηλιακού μαγνητικού πεδίου. Ενώ, δηλαδή, ο αριθμός των κηλίδων μεταβάλλεται με περίοδο περίπου 11 ετών, το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου αντιστρέφεται κάθε 11 έτη και επανέρχεται στον «αρχικό» του προσανατολισμό κάθε 22.
Πώς όμως ο Ήλιος αποκτά το μαγνητισμό του; Η απάντηση, αν και ιδιαίτερα περίπλοκη, κρύβεται στα τεράστια ρεύματα φορτισμένων σωματιδίων (πλάσματος) στο εσωτερικό του και την περιστροφή του. Αυτά έχουν ως αποτέλεσμα το πλάσμα που αποτελεί το εσωτερικό του Ήλιου να λειτουργεί σαν μια μαγνητική γεννήτρια (dynamo). Αν και υπάρχουν πολλά που δεν γνωρίζουμε για τις λεπτομέρειες αυτού του μηχανισμού, παραλλαγές του φαίνεται πως δρουν στο εσωτερικό άλλων αστεριών και πλανητών. Στην περίπτωση του Ήλιου, η μαγνητική γεννήτρια έχει ως αποτέλεσμα να δημιουργούνται τοπικά ισχυρές συγκεντρώσεις μαγνητισμού οι οποίες αναδύονται στην επιφάνεια προκαλώντας τις ηλιακές κηλίδες.
Σήμερα γνωρίζουμε ότι οι κηλίδες είναι μόλις μία έκφανση της μαγνητικής δραστηριότητας του Ήλιου και συνδέονται με τη σειρά τους με άλλα εκρηκτικά φαινόμενα, όπως οι εκλάμψεις και οι εκτινάξεις στεμματικής μάζας. Αυτές οι εκρήξεις αποτελούν τα πιο έντονα και εντυπωσιακά φαινόμενα στο ηλιακό σύστημα εκλύοντας τεράστια ποσά ακτινοβολίας και σωματιδίων στο διάστημα, επιδρώντας στις συνθήκες του διαστήματος και επηρεάζοντας το περιβάλλον των πλανητών με ποικίλους τρόπους.
Αστρικές κηλίδες και η συγκριτική μελέτη Ήλιου - αστεριών
Ο Ήλιος δεν είναι ο μόνος αστέρας που παρουσιάζει τέτοιου είδους εκρηκτική δραστηριότητα. Έχουμε παρατηρήσει εκλάμψεις και εκτινάξεις στεμματικής μάζας και σε άλλα αστέρια, ενώ πιστεύουμε ότι υπάρχουν, αντιστοίχως, αστρικές κηλίδες.
Οι αστρικές κηλίδες (όπως άλλωστε και οι ηλιακές) μπορούν να επηρεάσουν τη λαμπρότητα των αστεριών όταν «διασχίζουν» την ορατή πλευρά τους καθώς οι αστέρες περιστρέφονται. Επομένως, γίνονται αντιληπτές από τις μεταβολές της λαμπρότητας των αστεριών όταν αυτές δεν μπορούν να αποδοθούν σε ταλαντώσεις ή εκλείψεις λόγω συνοδών πλανητών και άλλων αστεριών (πολλά αστέρια είναι μέλη διπλών ή πολλαπλών συστημάτων). Σε πολλούς αστέρες έχουν παρατηρηθεί περιοδικότητες στις μεταβολές της φωτεινότητάς τους λόγω κηλίδων και πιστεύουμε ότι αυτά παρουσιάζουν κύκλους δραστηριότητας όπως ο Ήλιος. Μάλιστα, η δραστηριότητα πολλών αστέρων μπορεί να είναι πολύ εντονότερη από αυτή του Ήλιου.
Ένα μέρος της έρευνας που γίνεται στην Αστροφυσική είναι αφιερωμένο στη σχέση που έχουν τα ηλιακά και τα αστρικά φαινόμενα και στο κατά πόσο ο Ήλιος μας αποτελεί μια ξεχωριστή ή συνηθισμένη περίπτωση αστέρα. Είναι ένα πεδίο έρευνας στο οποίο η Αστροφυσική του Ήλιου (Solar Astrophysics) και η Αστροφυσική των Αστεριών (Stellar Astrophysics) συναντώνται και ανταλλάσσουν γνώσεις και μεθόδους. Η πρώτη μάς δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε σε βάθος τις ηλιακές διεργασίες με μεγάλη λεπτομέρεια, ενώ με τη δεύτερη έχουμε στη διάθεσή μας λιγότερο λεπτομερείς παρατηρήσεις, αλλά από ένα τεράστιο πλήθος αστεριών.
Πόσο μοναδικός είναι ο Ήλιος;
Ένα σημαντικό ερώτημα είναι κατά πόσο ο Ήλιος διαφέρει από τα άλλα αστέρια του «είδους» του. Είναι δηλαδή περισσότερο ή λιγότερο δραστήριος από αυτά; Με τη βοήθεια διαστημικών αποστολών, όπως το Κέπλερ, πολλοί επιστήμονες προσπάθησαν να συγκρίνουν τις μεταβολές που παρουσιάζει η λαμπρότητα του Ήλιου λόγω των κηλίδων (που είναι της τάξης των 3 χιλιοστών) με αυτές άλλων αστεριών, αλλά διαφορετικές μελέτες έχουν οδηγήσει σε αντικρουόμενα συμπεράσματα, πιθανόν επειδή έχουν βασιστεί σε διαφορετικά δείγματα αστεριών.
Μια πρόσφατη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Science» τον Απρίλιο του 2020 από ερευνητές κυρίως του Ινστιτούτου Max Planck στο Γκέτινγκεν, προσπάθησε να απαντήσει στο ίδιο ερώτημα. Η καινοτομία της εργασίας συνίσταται στα αυστηρά κριτήρια που χρησιμοποίησαν οι συγγραφείς για να περιορίσουν το δείγμα των υπό μελέτη αστεριών ώστε να είναι σίγουροι ότι μελετούν άστρα ηλιακού τύπου με αξιόπιστα προσδιορισμένο βαθμό δραστηριότητας.
Για αυτόν τον λόγο συγκέντρωσαν μετρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler και την αποστολή Gaia. Το Kepler είχε σκοπό να εντοπίσει πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια και η συνεισφορά του ήταν τεράστια, καθώς παρατήρησε περισσότερα από 530.000 αστέρια και εντόπισε περισσότερους από 2.500 εξωπλανήτες. Οι μακρόχρονες και αδιάκοπες παρατηρήσεις της λαμπρότητας των αστεριών που συγκέντρωσε είναι ιδανικές για τη μελέτη της μεταβλητότητας που αυτά παρουσιάζουν. Οι συγγραφείς εκμεταλλεύτηκαν το γεγονός ότι για χιλιάδες από αυτά τα αστέρια είναι γνωστές η θερμοκρασία και η ισχύς της βαρύτητας στην επιφάνειά τους καθώς και η ταχύτητα περιστροφής τους. Από την άλλη, η αποστολή Gaia, που βρίσκεται ακόμα σε ισχύ, συνεισέφερε στη μελέτη τις παραμέτρους που σχετίζονται με την απόσταση των υπό μελέτη αστεριών, καθώς επίσης και τα φαινόμενα και απόλυτα μεγέθη τους.
Οι συγγραφείς συγκέντρωσαν ένα δείγμα περίπου 3.900 αστεριών με επιφανειακή θερμοκρασία, βαρύτητα και ηλικία παρόμοια με αυτή του Ήλιου. Σημειώνουμε ότι ο προσδιορισμός της ηλικίας γίνεται με βάση τη λαμπρότητα που έχει ένας αστέρας συναρτήσει της θερμοκρασίας του και στηρίζεται σε εμπειρικά δεδομένα και θεωρητικά μοντέλα, όπως το λεγόμενο διάγραμμα Hertzsprung - Russel, του οποίου η ανάλυση ξεφεύγει από τα όρια του παρόντος άρθρου. Από τα αστέρια του δείγματος, τα 369 είχαν περιόδους περιστροφής παρόμοιες με αυτή του Ήλιου, δηλαδή μεταξύ 20 και 30 ημερών, ενώ για τα υπόλοιπα δεν ήταν γνωστή η περίοδος περιστροφής τους.
Κατανέμοντας τα αστέρια του δείγματος ανάλογα με τη μεταβλητότητά τους, οι συγγραφείς έκαναν μια πολύ ενδιαφέρουσα παρατήρηση. Τα περιστρεφόμενα αστέρια βρίσκονταν περισσότερο συγκεντρωμένα στο άκρο της κατανομής με τη μεγαλύτερη δραστηριότητα. Αντιθέτως, τα αστέρια για τα οποία δεν υπήρχε γνωστή ή παρατηρήσιμη περιστροφή παρουσίαζαν κυρίως χαμηλή δραστηριότητα. Το σημαντικότερο όμως αποτέλεσμα είναι η θέση του Ήλιου σ’ αυτή την κατανομή. Ο Ήλιος φαίνεται να παρουσιάζει σημαντικά μικρότερη δραστηριότητα από τα περισσότερα περιστρεφόμενα αστέρια του «είδους» του. Αυτό το εύρημα φαίνεται να συμφωνεί και με αποτελέσματα ανεξαρτήτων ερευνών και φαινομένων. Για παράδειγμα, έχει βρεθεί ότι πολλοί αστέρες με χαρακτηριστικά σαν του Ήλιου εμφανίζουν εκρήξεις πολύ ισχυρότερες από τις ηλιακές.
Μια πιθανή εξήγηση που δίνουν οι συγγραφείς είναι ότι η μαγνητική γεννήτρια του Ήλιου βρίσκεται σε μια σχετικά πιο «ήρεμη» φάση, με αποτέλεσμα τα φαινόμενα δραστηριότητας που προκαλεί να είναι ηπιότερα. Από την άλλη, επισημαίνουν ότι μπορεί τα αποτελέσματά τους να δείχνουν το εύρος της δραστηριότητας που μπορεί να έχει γενικώς ένα αστέρι σαν τον Ήλιο και ότι απλώς ο Ήλιος δεν έχει υπάρξει τόσο δραστήριος κατά τους τελευταίους αιώνες. Αξίζει, πάντως, να σημειωθεί ότι υπάρχουν σοβαρές ενδείξεις πως ο Ήλιος μας δεν έχει υπάρξει δραματικά πιο δραστήριος ούτε κατά τα τελευταία μερικές χιλιάδες χρόνια. Επομένως, τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής αποτελούν μια ένδειξη ότι ο Ήλιος, παρ’ όλο που είναι το σημαντικότερο ουράνιο σώμα σε ό,τι αφορά την ύπαρξη και την επιβίωσή μας, ίσως είναι τελικά πιο «βαρετός» από τα υπόλοιπα αστέρια του είδους του. Δεδομένων των καταστροφικών συνεπειών που μπορούν να έχουν οι ηλιακές εκρήξεις, ίσως αυτή του η ιδιαιτερότητα να κάνει τον Ήλιο ακόμα σημαντικότερο για την ανθρωπότητα.
“The Sun Kings”, S. Clark, Princeton University Press, 2007
«Εισαγωγή στη Σύγχρονη Αστρονομία», Χ. Βάρβογλη και Γ. Σειραδάκη, εκδόσεις Γαρταγάνης, τρίτη έκδοση, 1994
“The Sun”, M. Stix, Springer-Verlag, 1989
Ηλιακές κηλίδες όπως φαίνονται στο ορατό φως (πηγή: Wikimedia Commons)
Η μεταβολή του αριθμού των ηλιακών κηλίδων από το 1985 έως σήμερα (πηγή: Wikipedia)
Στηρίξτε την έγκυρη και μαχητική ενημέρωση. Στηρίξτε την Αυγή. Μπείτε στο syndromes.avgi.gr και αποκτήστε ηλεκτρονική συνδρομή στο 50% της τιμής.
