Ηρακλειώτης επιστήμονας έριξε ... φως στα μυστήρια του ήλιου
Ο Μιχάλης Μαθιουδάκης από τα Σταυράκια μιλά στην “Π”

Ανακάλυψε γιγαντιαία μαγνητικά κύματα στην κατώτερη ατμόσφαιρα του ήλιου

Ο Δρ. Μ. Μαθιουδάκης, σε συνεργασία με άλλους ερευνητές από το βρετανικό πανεπιστήμιο του Σέφιλντ και το πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, ανακάλυψε, για πρώτη φορά, γιγάντια στροβιλιζόμενα μαγνητικά κύματα στην κατώτερη ατμόσφαιρα του Ήλιου, ρίχνοντας έτσι φως στο μυστήριο του ηλιακού στέμματος, το οποίο εκτείνεται περίπου ένα εκατομμύριο χιλιόμετρα γύρω από την επιφάνειά του, και γιατί αυτό έχει ασύλληπτα υψηλότερη θερμοκρασία από αυτήν.

Η σχετική επιστημονική εργασία, που δημοσιεύεται στο τελευταίο τεύχος του έγκυρου επιστημονικού περιοδικού "Science",

Science 20 March 2009:
Vol. 323. no. 5921, pp. 1582 - 1585
DOI: 10.1126/science.1168680

Reports

Alfvén Waves in the Lower Solar Atmosphere

David B. Jess,1,2* Mihalis Mathioudakis,1 Robert Erdélyi,3 Philip J. Crockett,1 Francis P. Keenan,1 Damian J. Christian4

The flow of energy through the solar atmosphere and the heating of the Sun's outer regions are still not understood. Here, we report the detection of oscillatory phenomena associated with a large bright-point group that is 430,000 square kilometers in area and located near the solar disk center. Wavelet analysis reveals full-width half-maximum oscillations with periodicities ranging from 126 to 700 seconds originating above the bright point and significance levels exceeding 99%. These oscillations, 2.6 kilometers per second in amplitude, are coupled with chromospheric line-of-sight Doppler velocities with an average blue shift of 23 kilometers per second. A lack of cospatial intensity oscillations and transversal displacements rules out the presence of magneto-acoustic wave modes. The oscillations are a signature of Alfvén waves produced by a torsional twist of ±22 degrees. A phase shift of 180 degrees across the diameter of the bright point suggests that these torsional Alfvén oscillations are induced globally throughout the entire brightening. The energy flux associated with this wave mode is sufficient to heat the solar corona.

1 Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen's University, Belfast, BT7 1NN, Northern Ireland, UK.
2 Solar Physics Laboratory, NASA Goddard Space Flight Center, Code 671, Greenbelt, MD 20771, USA.
3 Solar Physics and Space Plasma Research Centre, University of Sheffield, Hicks Building, Hounsfield Road, Sheffield, S3 7RH, England, UK.
4 Department of Physics and Astronomy, California State University Northridge, 18111 Nordhoff Street, Northridge, CA 91330, USA.

αναμένεται να συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση του ταραγμένου ηλιακού καιρού και των επιπτώσεών του στη Γη, που απέχει 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τον Ήλιο. Η μελέτη παρουσιάζει, με μεγαλύτερη λεπτομέρεια από ποτέ, νέες ηλιακές παρατηρήσεις, που έγιναν από το Σουηδικό Ηλιακό Τηλεσκόπιο των Καναρίων Νήσων, το μεγαλύτερο ηλιακό τηλεσκόπιο στην Ευρώπη που παράγει τις πιο καθαρές εικόνες του Ήλιου, αποκαλύπτοντας τεράστιες ποσότητες ενέργειας, που ωθούνται προς το ηλιακό στέμμα με τη μορφή περίεργων σπειροειδών μαγνητικών κυμάτων (των λεγόμενων «κυμάτων Άλφβεν»), τα οποία δεν είχαν ποτέ πριν ανιχνευθεί στον Ήλιο.

Η ροή της ενέργειας μέσω της ηλιακής ατμόσφαιρας και η υπερθέρμανση των εξωτερικών περιοχών του Ήλιου δεν έχουν ακόμα κατανοηθεί πλήρως από τους επιστήμονες. Η τρομακτική άνοδος της θερμοκρασίας, από τους περίπου 6.000 βαθμούς στην ορατή επιφάνεια του ήλιου (φωτόσφαιρα), σε πάνω από ένα εκατομμύριο βαθμούς στο ηλιακό στέμμα που βρίσκεται πάνω από την επιφάνεια, αποτελεί αντικείμενο αστροφυσικής έρευνας εδώ και μισό τουλάχιστον αιώνα. Η νέα έρευνα φωτίζει πλέον τη διαδικασία πίσω από αυτό το μυστηριώδες φαινόμενο.

Η μελέτη εντόπισε φαινόμενα μαγνητικών ταλαντώσεων που συνδέονται με μια μεγάλη φωτεινή περιοχή έκτασης 430.000 τετραγωνικών χιλιομέτρων (διπλάσια σε μέγεθος από τη Βρετανία), η οποία αποτελεί ένα μαγνητικό πεδίο κοντά στο κέντρο του ηλιακού δίσκο. Αυτές οι ταλαντώσεις, με περιοδικότητα 126 έως 700 δευτερολέπτων και εύρος 2,6 χλμ., ανά δευτερόλεπτο, αποτελούν την "υπογραφή" των σπειροειδών "κυμάτων Άλφβεν". Σύμφωνα με την έρευνα, η ενεργειακή ροή που πηγάζει από αυτά τα κύματα (αόρατα στο ανθρώπινο μάτι), τα οποία εξαπλώνονται προς τα πάνω με ταχύτητα 20 χλμ το δευτερόλεπτο, είναι αρκετή για να υπερθερμάνει το ηλιακό στέμμα.

Σημειώνεται πως η ύπαρξη καθαρά μαγνητικών κυμάτων σε ένα άκρως μαγνητισμένο περιβάλλον, για πρώτη φορά, προτάθηκε από τον Χάνες Άλφβεν το 1942, ο οποίος έλαβε και το βραβείο Νόμπελ για αυτή την ανακάλυψη.
 

Ενας στρόβιλος στο μέγεθος της... Ισπανίας
 

«Ο Ήλιος είναι το πιο σημαντικό αστρονομικό «αντικείμενο» για τη Γη γιατί επηρεάζει το κλίμα μας. Οποιεσδήποτε μεταβολές στη λαμπρότητα και τη δραστηριότητα του Ήλιου έχουν άμεσες επιπτώσεις στη ζωή πάνω στη Γη γιατί επηρεάζει το κλίμα, αν γίνει πιο θερμός ο Ήλιος θα ζεσταθούμε πάρα πολύ, αν γίνει πολύ ψυχρός, θα παγώσουμε», εξηγεί στην «Π» ο Δρ. Μ. Μαθιουδάκης. Ο ίδιος σημειώνει πως η κατανόηση της ηλιακής δραστηριότητας και της επιρροής της στο κλίμα της Γης έχει ζωτική σημασία για την ανθρωπότητα.

Το «παράδοξο», όπως λέει, φαινόμενο στον Ήλιο είναι το γεγονός ότι η εξωτερική του ατμόσφαιρα είναι πιο θερμή απ ο,τι η επιφάνειά του. Όπως εξηγεί, είναι σαν να έχει κάποιος στο δωμάτιό του ένα καλοριφέρ και η επιφάνειά του να είναι πιο ψυχρή απ ο,τι ο αέρας στο χώρο, όπου βρίσκεται το σώμα. «Στον Ήλιο αυτό που έχουμε είναι μια επιφάνεια, η οποία είναι πολύ ψυχρή, σχετικά, και μακριά από αυτή την επιφάνεια έχουμε μια πολύ θερμή ατμόσφαιρα», περιγράφει. Το παραπάνω φαινόμενο είναι κάτι που οι επιστήμονες προσπαθούν να ερμηνεύσουν ίσως πάνω από 50 χρόνια και υπάρχουν διάφορες ερμηνείες, οι οποίες δε φαίνεται να το εξηγούνε. Όπως αναφέρει ο καθηγητής, «ο Ήλιος δεν είναι τόσο ήσυχος, όσο πολλοί άνθρωποι νομίζουν. Το ηλιακό στέμμα, ορατό από τη Γη μόνο στη διάρκεια μιας ολικής ηλιακής έκλειψης, είναι ένα πολύ δυναμικό περιβάλλον, που μπορεί ξαφνικά να εκραγεί απελευθερώνοντας περισσότερη ενέργεια από 10 δισεκατομμύρια ατομικές βόμβες. Η μελέτη μας αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προόδου, προκειμένου να κατανοήσουμε πώς το στέμμα, με θερμοκρασία εκατομμυρίων βαθμών, κατορθώνει αυτό το επίτευγμα”.

«Εμείς παρουσιάσαμε πειραματική απόδειξη ότι υπάρχουν κάποια μαγνητικά κύματα στον Ήλιο που εμφανίζονται με τη μορφή στροβίλων, κυκλικών κινήσεων, τα οποία φαίνεται να έχουν αρκετή ενέργεια για να θερμάνουν την εξωτερική του ατμόσφαιρα. Έχουμε βρει για ποιο λόγο τα μακρινά στρώματα του Ήλιου, η μακρινή του επιφάνεια έχει είναι θερμότερη από το εσωτερικό του. Βρήκαμε ότι η ενέργεια που υπάρχει στον ένα στρόβιλο είναι αρκετή για να θερμάνει την ατμόσφαιρα του Ήλιου, να της δώσει τη θερμοκρασία 1.000.000βαθμών που έχει αλλά θα πρέπει να βρούμε πόσο συχνά συμβαίνουν και αν συμβαίνουν σε όλη την επιφάνεια του Ήλιου», εξηγεί στην «Π». Σημειώνεται πως οι διαστάσεις του στροβίλου είναι τεράστιες, ο στρόβιλος έχει περίπου το μέγεθος της Ισπανίας.

Ο Δρ. Μ. Μαθιουδάκης σημειώνει πως τα αποτελέσματα της έρευνάς του, τα οποία δημοσιοποιήθηκαν την περασμένη Παρασκευή, είναι στη διάθεση και άλλων επιστημόνων ενώ ήδη τα έχουν δει ορισμένοι ανεξάρτητοι και οι κριτικές είναι πολύ θετικές. «Στο σημείο, το ένα που κοιτάξαμε εμείς, βρήκαμε το στρόβιλο και είδαμε ότι έχει αρκετή ενέργεια. Το επόμενο βήμα για μας είναι να δούμε πόσο συχνά συμβαίνουν οι στρόβιλοι κι αν συμβαίνουν σε όλη την επιφάνεια του Ήλιου», καταλήγει. Τα αποτελέσματα της μελέτης του θα παρουσιαστούν σε ένα συνέδριο στο Βέλγιο που διοργανώνεται αρχές Απριλίου. Την πρωτότυπη επιστημονική εργασία μπορεί να την αναζητήσει κανείς στη διεύθυνση: http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/323/5921/1582.
 
Aπό τα Σταυράκια καθηγητής στο Μπέλφαστ
 

Ο Δρ. Μ. Μαθιουδάκης κατάγεται από τα Σταυράκια. Αποφοίτησε από το 2ο λύκειο και στη συνέχεια σπούδασε Φυσική στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Έκανε το διδακτορικό του στη Μ. Βρετανία, εργάστηκε κάποια χρόνια στην Αμερική, στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, και για ένα διάστημα σαν επισκέπτης ερευνητής με ένα πρόγραμμα της γενικής γραμματείας στο Πανεπιστήμιο Αθηνών. Τα τελευταία δέκα χρόνια έχει θέση καθηγητή στο Μπέλφαστ. Το αντικείμενό του είναι η φυσική, αστρονομία και αστροφυσική. Δύο φορές το χρόνο επισκέπτεται το πατρικό του σπίτι στα Σταυράκια ενώ στο Ηράκλειο βρέθηκε τελευταία φορά τα Χριστούγεννα.