Αστρικό στέμμα: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Με τη λέξη '''στέμμα''' (corona) στην [[Αστρονομία]] είναι γνωστό το ανώτερο στρώμα της [[ατμόσφαιρα|ατμόσφαιρας]] του [[Ήλιος|Ηλίου]] ή άλλων [[αστέρας|άστρων]]. Τα στέμματα αποτελούνται από [[πλάσμα (φυσική)|πλάσμα]] και εκτείνονται εκατομμύρια [[χιλιόμετρο|χιλιόμετρα]] στο διάστημα. Το ηλιακό στέμμα φαίνεται ευκολότερα από την επιφάνεια της Γης κατά τη διάρκεια μιας ολικής [[έκλειψη ηλίου|εκλείψεως Ηλίου]], καθώς και με ένα ειδικό όργανο που ονομάζεται [[στεμματογράφος]]. Το στέμμα πήρε το όνομά του από το βασιλικό στέμμα (κορώνα), καθώς φαίνεται να περιβάλλει τον «βασιλιά» του Ηλιακού Συστήματος, τον `Ηλιο, σε μια ολική έκλειψη όπως το στέμμα το κεφάλι των βασιλέων.

 

 

Η πολύ μεγάλη [[θερμοκρασία]] του στέμματος του προσδίνει ασυνήθιστα [[Φασματοσκοπία|φασματικά]] χαρακτηριστικά: τον 19ο αιώνα θεωρήθηκε ότι περιέχει ένα άγνωστο ως τότε στοιχείο της ύλης που πήρε το όνομά του: «[[κορώνιο]]». Σήμερα γνωρίζουμε ότι οι [[φασματική γραμμή|φασματικές γραμμές]] οφείλονται σε άτομα [[σίδηρος|σιδήρου]] με υψηλό βαθμό ιονισμού ('''Fe-XIV''', 13 φορές ιονισμένο σίδηρο), κάτι που υποδηλώνει θερμοκρασία μεγαλύτερη από 1 εκατομμύριο βαθμούς<ref name="Aschwanden">{{cite book

</ref>.

 

 

Το ηλιακό στέμμα είναι πολύ θερμότερο (περίπου 200 φορές) από την ορατή επιφάνεια του Ηλίου: η μέση θερμοκρασία της [[Φωτόσφαιρα|φωτόσφαιρας]] είναι 5800 [[κλίμακα Kelvin|βαθμοί K]], ενώ του στέμματος 3 εκατομμύρια K. Επειδή όμως το στέμμα είναι 10¹² φορές αραιότερο από τη φωτόσφαιρα εκπέμπει περίπου 1 εκατομμύριο φορές λιγότερο [[ορατό φως]]. Το στέμμα χωρίζεται από τη φωτόσφαιρα από το κατώτερο στρώμα της ηλιακής ατμόσφαιρας, τη [[χρωμόσφαιρα]]. Ο ακριβής μηχανισμός που υπερ-θερμαίνει το στέμμα υπήρξε αντικείμενο συζητήσεων των ειδικών τις τελευταίες δεκαετίες. Το πιθανότερο είναι η μεταφορά ενέργειας από το ηλιακό [[μαγνητικό πεδίο]] και από [[ήχος|κύματα πιέσεως]] (το δεύτερο είναι λιγότερο πιθανό, αφού σήμερα γνωρίζουμε ότι τα στέμματα υπάρχουν στους αστέρες με ισχυρά μαγνητικά πεδία). Τα εξωτερικά όρια του ηλιακού στέμματος δεν είναι στατικά, αλλά συνεχώς εκτοξεύονται στο γύρω διάστημα εξαιτίας της ανοικτής μαγνητικής ροής και μετατρέπονται στον λεγόμενο [[Ηλιακός άνεμος|ηλιακό άνεμο]].

 

Το στέμμα δεν είναι πάντα ισότροπα κατανεμημένο γύρω από τον `Ηλιο. Σε περιόδους ηρεμίας, το στέμμα περιορίζεται λίγο-πολύ πάνω από τις ισημερινές περιοχές, με τις λεγόμενες [[Στεμματική οπή|στεμματικές οπές]] να βρίσκονται πάνω από τις πολικές περιοχές. Ωστόσο, κατά τις εποχές κοντά στο μέγιστο της ηλιακής δραστηριότητας το στέμμα κατανέμεται πιο ισότροπα πάνω από όλη την ηλιακή επιφάνεια, αν και είναι λαμπρότερο πάνω από περιοχές με [[Ηλιακή κηλίδα|ηλιακές κηλίδες]]. Η περιοδικότητα ακολουθεί τον ενδεκαετή [[Ηλιακός κύκλος|ηλιακό κύκλο]]. Με τις κηλίδες συνδέονται οι λεγόμενοι στεμματικοί βρόχοι.

 

Οι στεμματικοί βρόχοι αποτελούν τις βασικές μαγνητικές δομές του ηλιακού στέμματος. Αυτοί οι βρόχοι είναι αποτυπώσεις των κλειστών μαγνητικών γραμμών, σε αντίθεση με την ανοικτή μαγνητική ροή που αντιστοιχεί στον ηλιακό άνεμο και στις [[Στεμματική οπή|στεμματικές οπές]]. Οι μαγνητικοί βρόχοι αναδύονται από το ηλιακό εσωτερικό και γεμίζουν με καυτό ηλιακό πλάσμα. Εξαιτίας της έντονης μαγνητικής δραστηριότητας στις περιοχές των στεμματικών βρόχων, αυτοί είναι συχνά πρόδρομοι [[Ηλιακή έκλαμψη|ηλιακών εκλάμψεων]] και [[Στεμματική εκτόξευση μάζας|στεμματικών εκτοξεύσεων μάζας]] (CME). Το πλάσμα που τροφοδοτεί αυτές τις δομές θερμαίνεται από τους 5800 K σε πάνω από 1 εκατομμύριο K κατά την άνοδό του από τη φωτόσφαιρα μέχρι το στέμμα. Συχνά το υλικό αυτό τροφοδοτεί τους βρόχους από τον ένα πόδα τους και κατεβαίνει από τον άλλο ([[σιφώνιο|σιφωνική]] ροή εξαιτίας διαφοράς πιέσεων ή ασύμμετρη ροή από άλλο αίτιο). Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως χρωμοσφαιρική εξάτμιση και χρωμοσφαιρική συμπύκνωση αντιστοίχως. Εναλλακτικά, μπορεί να υπάρχει συμμετρική ροή από τους δύο πόδες του βρόχου, με πρόκληση συσσωρεύσεως μάζας στη δομή του βρόχου. Το πλάσμα μπορεί να ψυχθεί στην περιοχή αυτή δημιουργώντας σκοτεινά [[Ηλιακή προεξοχή|«νήματα»]] πάνω από την ηλιακή επιφάνεια ή [[Ηλιακή προεξοχή|ηλιακές προεξοχές]] πάνω από το χείλος του Ηλίου. Οι στεμματικοί βρόχοι είναι βραχύβια παροδικά φαινόμενα: μπορεί να διαρκέσουν μερικά δευτερόλεπτα (στην περίπτωση των εκλάμψεων), λεπτά, ώρες και σπανιότερα ημέρες. Οι μακρόβιοι βρόχοι είναι συνήθως γνωστοί ως στεμματικοί βρόχοι «σταθερής κατάστασης» ή «ήρεμοι» (''quiescent''), όπου υπάρχει ισορροπία ανάμεσα στις πηγές ενέργειας του βρόχου και στις καταβόθρες ενέργειας ([[:Image:Energyfig.png|παράδειγμα]]).

 

Οι στεμματικοί βρόχοι έχουν γίνει σημαντικοί για την κατανόηση του «προβλήματος της θέρμανσης του στέμματος». Οι βρόχοι είναι πολύ ακτινοβόλες πηγές και για τον λόγο αυτό εύκολα παρατηρήσιμες από όργανα όπως αυτά της αποστολής ''[[TRACE]]''. Παρομοιάζονται με «εργαστήρια Φυσικής» για την κατανόηση φαινομένων όπως οι ηλιακές ταλαντώσεις, η κυματική δραστηριότητα και οι [[νανοεκλάμψεις]]. Παραμένει ωστόσο δύσκολο να εξευρεθεί λύση στο πρόβλημα του πώς υπερ-θερμαίνεται το στέμμα, καθώς αυτές οι δομές παρατηρούνται από μεγάλη απόσταση κι έτσι υπάρχουν αμφιλεγόμενες παρατηρήσεις (π.χ. συνεισφορές στην ακτινοβολία κατά μήκος της γραμμής παρατηρήσεως). Απαιτούνται επιτόπιες μετρήσεις πριν δοθεί μια οριστική απάντηση, αλλά εξαιτίας των υψηλών θερμοκρασιών του πλάσματος στο στέμμα οι επιτόπιες μετρήσεις είναι αδύνατες (προς το παρόν τουλάχιστον).

 

Οι [[ηλιακή έκλαμψη|ηλιακές εκλάμψεις]] ή οι μεγάλες [[Ηλιακή προεξοχή|ηλιακές προεξοχές]] συνοδεύονται μερικές φορές από [[Στεμματική εκτόξευση μάζας|Στεμματικές εκτοξεύσεις μάζας]] (CMEs, Coronal Mass Ejections), γνωστές και ως «στεμματικά παροδικά φαινόμενα» ("coronal transients"). Αυτές είναι τεράστιοι βρόχοι στεμματικού υλικού που ταξιδεύουν προς τα έξω, μακριά από τον `Ηλιο, με ταχύτητες πάνω από 1 εκατομμύριο χιλιόμετρα την ώρα και ενέργειες δεκαπλάσιες της ενέργειας της της ηλιακής εκλάμψεως ή προεξοχής που τις συνοδεύει. Κάποιες μεγάλες εκτοξεύσεις μπορούν να προωθήσουν προς το διάστημα εκατοντάδες εκατομμύρια τόνους ύλης με ταχύτητα περίπου 1,5 εκατομμύριο χιλιόμετρα την ώρα.

 

Και άλλοι αστέρες εκτός από τον `Ηλιο έχουν στέμματα, που μπορούν να ανιχνευθούν με χρήση τηλεσκοπίων [[Ακτίνες Χ|ακτίνων Χ]]. Κάποια αστρικά στέμματα, ιδιαίτερα νεαρών αστέρων, είναι πολύ φωτεινότερα από το ηλιακό.

Το «πρόβλημα της θέρμανσης του στέμματος» στην [[Ηλιακή Φυσική]] συνίσταται στο ερώτημα του γιατί η θερμοκρασία του ηλιακού στέμματος είναι εκατομμύρια βαθμούς υψηλότερη από εκείνη της επιφάνειας του Ηλίου (φωτόσφαιρας). Αυτό απαιτεί τη μεταφορά ενέργειας από το ηλιακό εσωτερικό στο στέμμα με μη-θερμικές διαδικασίες, αφού ο [[Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής]] απαγορεύει τη μεταφορά θερμότητας από το ψυχρότερο (φωτόσφαιρα) προς το θερμότερο (στέμμα), μέρη της οποίας μπορούν να φθάσουν ακόμα και τα 10 εκατομμύρια βαθμούς. Η ισχύς που απαιτείται για τη διατήρηση του στέμματος στην υψηλή του θερμοκρασία μπορεί να υπολογισθεί εύκολα. Αντιστοιχεί σε περίπου 1 [[κιλοβάτ]] για κάθε [[τετραγωνικό μέτρο]] της ηλιακής επιφάνειας, ή το 1/40.000 της ισχύος του φωτός που εκπέμπει το άστρο της ημέρας.

 

|}

 

Κατά τη θεωρία των «θερμαντικών κυμάτων», που προτάθηκε το [[1949]] από τον [[Εβρί Σατζμάν]], ενέργεια από το ηλιακό εσωτερικό μεταφέρεται στη χρωμόσφαιρα και το στέμμα με κύματα. Το [[πλάσμα (φυσική)|πλάσμα]] ως μέσο υποστηρίζει αρκετά είδη κυμάτων, ανάλογων με τα ηχητικά κύματα στον αέρα. Τα σημαντικότερα είδη είναι το [[μαγνητοακουστικό κύμα]] και το [[κύμα Alfvén]]<ref>{{cite journal

| last = Alfvén

Ακόμα ένα πρόβλημα με τη θεωρία των «θερμαντικών κυμάτων» ως το [[1997]] ήταν η πλήρης απουσία ενδείξεων για κύματα που να διαδίδονται μέσα στο ηλιακό στέμμα. Η πρώτη απευθείας παρατήρηση κυμάτων στο στέμμα έγινε εκείνη τη χρονιά από το διαστημικό παρατηρητήριο [[Ηλιακό και Ηλιοσφαιρικό Παρατηρητήριο|SOHO]], την πρώτη αποστολή που μπορούσε να παρατηρεί τον `Ηλιο στο [[άπω υπεριώδες]] για μεγάλα χρονικά διαστήματα με σταθερή [[φωτομετρία]]. Τα κύματα που ανιχνεύθηκαν ήταν μαγνητοακουστικά, με [[συχνότητα]] περίπου 1 [[Χερτς|mHz]], δηλαδή περίοδο χιλίων δευτερολέπτων, και μπορούσαν να μεταφέρουν μόλις το 10% περίπου της ενέργειας που χρειάζεται για να θερμαίνεται το στέμμα ως τις παρτηρούμενες θερμοκρασίες του. Υπάρχουν πολλές παρατηρήσεις τοπικών κυματικών φαινομένων, όπως κυμάτων Alfvén που παράγονται από ηλιακές εκλάμψεις, αλλά αυτά τα γεγονότα είναι παροδικά και αδυνατούν να ερμηνεύσουν την ομοιόμορφη θέρμανση του στέμματος.

 

 

Η θεωρία αυτή υποθέτει ότι το ηλιακό [[μαγνητικό πεδίο]] επάγει ηλεκτρικά ρεύματα στο στέμμα. Εκεί τα ρεύματα αποδίνουν ταχύτατα την ενέργειά τους ως θερμότητα και κυματική ενέργεια. Αυτή η διαδικασία αποκαλείται «επανασύνδεση» εξαιτίας του ιδιόμορφου τρόπου που συμπεριφέρονται τα μαγνητικά πεδία μέσα στο πλάσμα. Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι «προσδεδεμένες» στα φορτισμένα σωματίδια που αποτελούν το πλάσμα και για τον λόγο αυτό η [[τοπολογία]] του μαγνητικού πεδίου παραμένει η ίδια: αν ένα συγκεκριμένο ζεύγος [[μαγνητικός πόλος|μαγνητικών πόλων]] (βόρειος και νότιος) συνδέονται με μία γραμμή μαγνητικού πεδίου, τότε, ακόμα και αν το πλάσμα αναδευτεί ή οι στοιχειώδεις μαγνήτες αλλάξουν θέση, αυτή η γραμμή θα συνεχίσει να συνδέει αυτούς τους συγκεκριμένους πόλους. Η σύνδεση αυτή διατηρείται από ηλεκτρικά ρεύματα που επάγονται στο πλάσμα. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, τα ηλεκτρικά ρεύματα μπορεί να «καταρρεύσουν», επιτρέποντας στο μαγνητικό πεδίο να «επανασυνδεθεί» σε άλλους μαγνητικούς πόλους και κατά τη διαδικασία αυτή να απελευθερώσει θερμότητα και κυματική ενέργεια.

 

Η ιδέα ότι αυτές οι μικροεκλάμψεις μπορεί να θερμαίνουν το στέμμα προτάθηκε για πρώτη φορά από τον [[Γιουτζήν Πάρκερ]] τη δεκαετία του 1980, αλλά είναι ακόμα μία αμφισβητούμενη επιστημονική υπόθεση. Ειδικότερα, τα τηλεσκόπια [[υπεριώδες|υπεριώδους]] όπως αυτά των αποστολών TRACE και SOHO/EIT μπορούν να παρατηρήσουν μεμονωμένες μικροεκλάμψεις με τη μορφή μικρών εκλαμπρύνσεων στο άπω υπεριώδες, αλλά οι παρατηρήσεις τους δείχνουν ότι αυτά τα μικρά γεγονότα είναι πολύ λίγα για να δικαιολογούν όλη την ενέργεια που απελευθερώνεται στο στέμμα. Η πρόσθετη απαιτούμενη ενέργεια θα μπορούσε να προέρχεται από κυματική ενέργεια ή από βαθμιαία μαγνητική επανασύνδεση που απελευθερώνει ενέργεια ομαλότερα από τις μικροεκλάμψεις και συνεπώς δεν παρατηρείται από το TRACE.

 

{{Reflist}}

 

Thorsten Dambeck: ''[http://www.mpg.de/english/illustrationsDocumentation/multimedia/mpResearch/2008/heft02/011/pdf13.pdf Seething Cauldron in the Suns's Furnace]'', MaxPlanckResearch, 2/2008, p. 28 - 33

 

* [http://www.innovations-report.com/html/reports/physics_astronomy/report-33153.html Το πρόβλημα της θερμάνσεως του στέμματος στις ''Innovation Reports'']

* [http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/mysteries_l1/corona.html Περιγραφή του προβλήματος από το GSFC της NASA]

* [http://xrt.cfa.harvard.edu/ Εικόνες του ηλιακού στέμματος στις ακτίνες Χ από το ''Hinode XRT'']

* [http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap090726.html nasa.gov Η ''Astronomy Picture of the Day'' της 26ης Ιουλίου 2009] - συνδυασμός πολλών φωτογραφιών του ηλιακού στέμματος από την ολική έκλειψη Ηλίου του Μαρτίου 2006, που έχουν δεχθεί ψηφιακή επεξεργασία

 

 

 

[[Κατηγορία:Ήλιος|Στεμμα]]