PRIMA PAGINA   INTERVIURI   CONTACT

 

 


inperspectiva.ro

 

 


 

STIINTA


Soarele

Dr. Cristiana Dumitrache - Institutul Astronomic  Bucuresti

 

 

 

Pasiunea pentru astronomie

Pasiunea pentru astronomie o am din copilarie, cand citeam cu aviditate tot ce gaseam in presa despre astronomie si chiar astrologie. Apoi, am constientizat aceasta pasiune in clasa a XI-a, cand am decis sa urmez Facultatea de Matematica, unde aflasem de existenta unei sectii de astronomie. Mergand in vizita, cu colegii, la Observatorul Popular, in decembrie 1973, am aflat de existenta grupului de astronomi amatori si a Astroclubului. Asa se face ca am inceput studiul astronomiei pe vremea cometei Kohoutek, numita de presa atunci ca fiind cometa secolului. Nu s-a dovedit a fi asa, dar pentru mine a fost prima cometa pe care am vazut-o.


inperspectiva.ro


Am urmat cursurile de astronomie la Observatorul Popular si am dat examen in prima serie de tineri ce au fost admisi in Astroclub. Incepand de atunci am „devorat” toate cartile de astronomie si astrofica din biblioteca liceului, dar si carti imprumutate de la diverse persoane.

Mi-am construit o luneta din carton si am incercat sa observ petele solare si eclipsele de Luna. Imi amintesc si acum de o eclipsa de Luna ce se desfasura pe la miezul noptii, iar eu urcasem pe casa sa o pot observa si face desene. Mama mea plangea jos sa cobor de acolo, de teama sa nu cad, si, mai zicea ea, „ce or sa spuna vecinii cand ma vad la miezul noptii suita pe casa?”.  La Observatorul Popular am participat la observatii de meteori, eclipse solare partiale, si altele. Prima prelegere publica am sustinut-o in anul I de facultate, despre cosmologie si legea lui Hubble.

Legea lui Hubble m-a pasionat si mai tarziu, cand mi-am sustinut teza de licenta cu contributii originale privind constanta lui Hubble si mecanica invariantiva. De studiul Soarelui m-am apucat insa in 1983, cand am castigat concursul pentru un post la actualul Institut Astronomic al Academiei Romane. De atunci, pasiunea mea majora a ramas Soarele.


inperspectiva.ro

Fig.1 – Eruptie solara observata in ultravioletul extreme de satelitul SDO (Solar Dynamics Observatory)

inperspectiva.ro

Fig.2- Ejectie de masa coronala observata de coronograful C2 montat pe satelitul SOHO


Proiecte de interes stiintific

Ca tanar cercetator la Observatorul Astronomic din Bucuresti am participat intai la observatii de patrularea Soarelui, adica de monitorizare zinica a petelor, eruptiilor si activarilor de protuberante solare. Astazi, acest tip de observatii se inscriu in domeniul „Space weather”, adica al vremii spatiale, care este influentata de vremea solara.

Datele de observatii erau prelucrate si trimise la centrele mondiale de date, unde erau publicate in cataloagele internationale, dar si in calalogul nostru propriu „Observations Solaires”, catalog ce aparea sub egida Academiei Romane. Sefa mea de colectiv, renumita Domnisoara Emilia Tifrea, care a fost formata de Prof. Calin Popovici (intemeietorul astrofizicii romanesti) si era mana lui dreapta, mi-a canalizat atentia spre studiul protuberantelor solare. Au urmat ani de studii si modelare statistica a activitatii de protuberante, care s-au materializat chiar si in teza mea de doctorat.

Dupa anii 1990 am putut lua contact cu bibliografia mondiala moderna, dar si cu personalitati mondiale din domeniu, participand la diverse conferinte internationale, astfel ca incepand cu 1996 m-am apucat si de simulari numerice de magnetohidrodinamica (MHD) solara – prima simulare a fost, evident, formarea unei protuberante solare.

In anul 2006 am inceput sa conduc activitatea grupului de fizica solara si Heliosfera a institutului, care este de fapt singurul colectiv cu acest profil din tara. Se implineau 50 de ani de la infiintarea cercetarilor de astrofizica din Romania, care se petrecuse in 1956 cu infiintarea chiar a acestui colectiv. Atunci am organizat prima mare conferinta internationala cu aceasta tema „Fifty Years of Romanian Astrophysics” si am scris si o carte cu acelasi titlu, impreuna cu colega Nedelia Popescu.

Proiectele moderne ale Grupului solar s-au legat si de primul contract cu ESA, unde am adaugat, pe langa temele traditionale ale colectivului si cercetari heliosferice. Proiectul nostru a studiat ejectiile de masa coronala  de la sursa solara si pana la observarea lor in spatiu de satelitul Ulysses, la distante mult mai mari de o unitate astronomica, dar si la latitudini polare, departe de zona eclipticii. Prelucrarii si interpretarii datelor de pe satelitii SOHO si Trace s-au adaugat si interesul pentru alti sateliti ca Hinode, Stereo, SDO, ACE, WIND si Ulysses.

Dupa Anul Heliofizic International (2008-2007), unde am fost desemnata reprezentant national, au fost definite mai clar conceptele si s-au relansat studiile de vreme spatiala („space weather”), astfel ca multe proiecte se canalizeaza acum pe acest subiect, unde grupul solar avea experienta inca din 1957, din timpul  Anului Geofizic International. Astfel, suntem preocupati de modernizarea instrumentelor solare pentru a putea reintra in reteaua internationala de patrulare solara, subiect care este acum de interes si pentru ESA.

In afara de proiectele observationale, interesul meu nu este abatut nici de la simularile numerice MHD. Acum ma preocupa experimente numerice care sa porneasca de la datele reale de observatii si nu numai de la definiri analitice ale campului magnetic initial.

inperspectiva.ro

Cum si cand s-a format soarele?

Acum mai bine de 4,5 miliarde ani, un nor de gaz cu un diametru de aproximativ  480x1012 km a devenit soare. Pe masura ce norul protostelar se concentra, temperatura interna a crescut pana ce s-au declansat reactiile termonucleare prin care deuteriul arde in heliu. Acum Soarele se afla cam la jumatatea vietii sale din secventa principala, unde au loc acest tip de reactii termonucleare. Cu cat inainteaza in varsta, heliul este colectat in centrul sau, iar peste aproximativalte 4,5 miliarde ani, echilibrul dintre presiunea gazului si forta gravitationala va inceta. Atunci fuziunea nucleara se va muta spre straturile superioare unde inca mai exista hidrogen.

inperspectiva.ro

Soarele

Calea Lactee reprezinta Galaxia noastra, unde se gaseste Sistemul nostru solar. Sistemul solar are ca stea centrala Soarele, o stea obisnuita din secventa principala, de clasa spectrala G2. Printre sute de miliarde de stele ale Caii Lactee, Soarele se afla la 28000 ani lumina de centrul galaxiei, plasandu-se pe unul dintre bratele spirale ale acesteia.

Soarele va parasi secventa principala de stele, devenind giganta rosie, peste alte aproximativ 5 miliarde de ani. Dupa arderea completa a heliului in carbon si oxigen (care poate dura aproximativ 12 miliarde ani), trecand prin stadiul de giganta, Soarele va ajunge sa isi expulzeze straturile exterioare, devenind supergiganta rosie. Miezul stelei va continua sa se raceasca si sa se micsoreze, Soarele devenind stea centrala a unei nebuloase planetare si apoi o stea pitica alba. Stadiul final al evolutiei Soarelui va fi acela de pitica neagra. Isi va continua calatoria prin galaxie, ratacind prin spatiu pana cand va intalni un alt nor gazos gigant si va fi implicat in nasterea unei noi stele.  Dupa cum se vede, si stelele se nasc si mor, totul aflandu-se intr-o perpetua transformare in Univers.

inperspectiva.ro

Cum arata Soarele  la exterior? Cum arata in interior?

Soarele are un invelis extern numit atmosfera. Aceasta are insa mai multe straturi, si anume, fotosfera, cromosfera si coroana (interna si externa). Fiecare din aceste straturi are caracteristile sale, ceea ce face ca sa fie accesibile observatiilor astronomice in diverse linii spectrale.

Astfel, fotosfera poate fi observata in lumina alba, sau in calciu, cromosfera joasa in heliu, cea inalta in linia alfa a hidrogenului. Coroana solara poate fi observata pe mai multe lungimi de unda, fiecare lungime de unda furnizand anumite informatii, diferite de altele. La eclipse sau cu ajutorul coronografelor observam coroana solara in lumina alba. Diversele instrumente montate pe sateliti observa coroana solara in mai multe lungimi de unda, de la infrarosu, la ultraviolet si radiatii X, trecand si prin spectrul vizibil. Aceste observatii se realizeaza, bineinteles, cu ajutorul unor filtre speciale. 

Cat priveste interiorul, Soarele este un tip de stea cu interior format din nucleu, zona radiativa si zona convectiva.

inperspectiva.ro

inperspectiva.roSoarele genereaza o cantitate mare de energie solara. Ce se intampla in interiorul Soarelui?

 In nucleu se deruleaza reactiile termonucleare (arderea hidrogenului in heliu, in cazul Soarelui actual), reactii ce degaja multa energie. Aceasta este transportata spre suprafata astrului, mai intai prin radiatie, iar apoi prin convectie. Intre zona radiadiva si cea convectiva se afla un strat subtire, esential pentru existenta astrului, si anume tahoclina. Aici se formeaza campul magnetic al Soarelui, prin actiunea convectiei si a rotatiei diferentiale pe care o are orice stea. Campul magnetic strabate spre suprafata astrului si se manifesta prin diverse fenomene (regiuni active, gauri coronale, si altele) dar este si  purtat in spatiul cosmic prin actiunea vantului solar. Zona de influenta magnetica a Soarelui se numeste Heliosfera – aici se afla si planetele sistemlui nostru solar.

 

 

Ce sunt petele solare?

Petele solare sunt o prima manifestare a unei regiuni active. Ele pot fi observate in lumina alba, in fotosfera. Primele pete au fost observate de Galilei prin proiectarea discului solar pe un ecran si cu ajutorul lunetei construite de el.

In afara de mici pori, o regiune activa este formata din mai multe pete solare si prezinta un camp magnetic bipolar. Petele solare si grupurile de pete solare sunt formatiuni fotosferice in continua evolutie: ele se nasc, se dezvolta si dispar. Au un camp magnetic intens, ceea ce inhiba convectia, formand suprafete de temperatura mai joasa.

O pata are o structura clara, formata din umbra si penumbra. Datorita campurilor magnetice intense din pete, miscarea plasmei nu poate fi in detectata in umbra, dar in penumbra au fost observate miscari radiale, cunoscute sub numele de “efectul Evershed”. Imaginati-va ca priviti de sus o fantana arteziana unde apa tasneste din mijloc si cade pe laturi – cam asa am putea privi si ceea ce se intampla intr-o pata solara.

O regiune activa se extinde insa si in celelate straturi ale atmosferei solare, si chiar in spatiul interplanetar, liniile de camp magnetic fiind esentiale in acest sens.

Numarul de pete care apar pe Soare variaza in timp, avand insa o periodicitate de aproximativ 11 ani, perioada cunoscuta sub numele de ciclul solar.

inperspectiva.ro

Ce sunt eruptiile solare?

Eruptiile solare reprezinta o degajare imensa de energie, o explozie, prin analogia cu termenii comuni din viata de zi cu zi. Cand aceasta „explozie” este mai puternica, portiuni din campul magnetic si plasma se desprind de Soare si sunt aruncate in spatiu, formandu-se asa numitele ejectii de masa coronala.

Eruptiile apar in cromosfera si pot fi observate in diferite lungimi de unda: hidrogen alfa si heliul D3, cu ajutorul instrumentelor de la sol, dar si in EUV si radiatii X cu instrumentele din spatiul cosmic.

 

 

inperspectiva.roCe sunt ejectiile de masa solare? Influenta lor asupra Pamantului.

Ejectiile de masa coronala (CME) sunt nori uriasi de plasma si camp magnetic ce sunt aruncate in spatiu, in urma unor evenimente eruptive de pe Soare: eruptii puternice sau eruperea unor protuberante. De obicei este expulzata in spatiu materie din coroana solara.

Cea mai evidenta diferenta dintre o eruptie solara si o CME este scara spatiala la care acestea apar, dar si locul unde apar. Erutiile sunt evenimente locale ce apar in cromosfera sau in coroana joasa a Soarelui, in comparatie cu CME, care sunt eruptii mult mai mari ale coroanei solare.

Vitezele cu care ejectiilor de masa parasesc Soarele se intind pe un interval de la 300 si pana la 3000 km/s. Acesti nori magnetici calatoresc in spatiul cosmic numit Heliosfera, iar atunci cand lovesc planetele  perturba campul  magnetic al acestora.  La lovirea Pamantului produc furtuni geomagnetice, si se intampla dupa 2-3 zile de la aparitia unei ejectii de masa pe Soare.

Estimarea efectelor ejectiilor de masa, cat si dorinta de prognoza a lor, au dus la dezvoltarea domeniului numit vreme spatiala (space weather). Efectele unor astfel de fenomene asupra Pamantului presupun perturbatii ale campului magnetic terestru, dar si ale atmosferei si ionosferei (zona de atmosfera terestra unde se propaga undele radio), cat si asupra biosferei, a organismelor vii.

Importanta economica a acestor efecte este imensa: satelitii artificiali pot fi stricati fizic, li se perturba orbita, comunicatiile sunt perturbate, zborurile liniilor aeriene sunt afectate, conductele de gaze sunt erodate, liniile de inalta tensiune electrica sunt supraincarcate producandu-se avarierea acestora.

Asa cum am spus, efectele asupra organismelor oamenilor sunt vizibile, persoanele cu boli cardiace sau neurologice suportand greu variatiile campului magnetic terestru. Efectele sunt masurabile si asupra oamenilor sanatosi pentru ca in timpul unei furtuni geomagnetice se schimba raportul constituentilor sangelui.

Exista insa si un efect placut, de spectacol, acela al producerilor aurorelor polare din atmosfera Pamantului. Mai exista un aspect, in Heliosfera, acela de inhibare a razelor cosmice provenite din galaxie in perioada de maxim a activitatii solare, adica atunci cand apar mai multe ejectii de masa.

 

 

inperspectiva.roStratul de ozon si  razele soarelui.

Stratul de ozon este situat la 50 kilometri deasupra solului terestru, in stratosfera. Cea mai mare parte a radiatiei  ultraviolete solare este absorbita de moleculele de ozon, care se ionizeaza temporar atunci cand fotonii solari se ciocnesc cu ele.  Exista o variatie a grosimii stratului de ozon pe parcursul unui ciclu solar, acesta devenind mai subtire la maximul activitatii solare, adica atunci cand si mai multe ejectii de masa lovesc planeta.

Pe langa aceasta degradare naturala a stratului de ozon, care este mai putin periculoasa, grosimea stratului de ozon este afectata direct de activitatea oamenilor de pe planeta.

 

 

Ce misiuni spatiale semnificative au avut loc si au loc pentru studierea  Soarelui?

Exista multe misiuni spatiale care, de-a lungul timpului, au avut la bord instrumente indreptate spre Soare, sau care au masurat influenta lui in Heliosfera. Voi enumera doar cateva, subiectul fiind vast.

Fara indoiala, cel mai de succes satelit a fost SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) care a avut la bord nu mai putin de 12 instrumente ce aveau sensibilitati pe diverse lungimi de unda. SOHO, lansat in 1995, ne-a schimbat complet viziunea despre Soare si Heliosfera si, putem enumera doar cateva din realizarile sale. SOHO a observat pentru prima data interiorul solar (zona convectiva), a schimbat viziunea noastra despre ejectiile coronale de masa, a permis identificarea regiunilor sursa si a mecanismelor de accelerare a vantului solar. Acest satelit a fost gandit sa functioneze doi ani si iata ca au trecut 19 ani de cand el inca ne furnizeaza imagini de pe Soare. Un alt satelit care  l-a secondat in observarea coroanei solare, si a avut chiar o rezolutie mult mai buna, a fost TRACE, care a furnizat imagini deosebite ale buclelor coronale.

Ulterior au fost lansate STEREO si SDO. Solar Dynamic Observatory (SDO) il inlocuieste incetul cu incetul pe SOHO.  STEREO, format din doi sateliti, a permis reconstruirea buclelor coronale si a protuberantelor solare in trei dimensiuni (3D).

Un alt satelit, unic in felul sau, care ne-a adus informatii asupra Heliosferei in 3D, a fost Ulysses (1990-2009). Acest satelit a fost unic prin faptul ca a zburat deasupra polilor solari si la distante mult mai mari decat o  unitate astronomica (distanta Soare-Pamant). Aproape de Pamant, in punctul Lagrangean L1, mai exista doi sateliti care observa vantul solar, si anume ACE si WIND.

Acum sunt in pregatire mai multi sateliti care sa il inlocuiasca pe SOHO, caruia incepem sa ii ducem dorul. Cel mai important este Solar Orbiter (SolO) care va gravita in jurul astrului zilei pe o orbita de aproximativ 60 raze solare, sau 0,284 unitati astronomice, ceea ce va insemna o performanta deosebita. El va fi lansat, probabil, in 2017. Solar Probe Plus se va apropia si mai multe de Soare, la aproximativ 8,5 raze solare si este planificat pentru 2018. Dar eu voi la pensie cand cei doi sateliti vor incepe sa furnizeze date si, sincer, ii fericesc pe colegii mei mai tineri care vor avea materiale observationale noi si nebanuite de studiu, dupa 2024, cand Solar Probe Plus va ajunge pe orbita planificata in jurul Soarelui.


inperspectiva.ro


inperspectiva.ro

inperspectiva.ro



inperspectiva.ro



      PRIMA PAGINA   INTERVIURI   CONTACT