A Nap, ahogy azt fizikából, természetismeretből vagy éppen Az oroszlánkirályból megtanulhattuk, egy izzó gázgömb. Persze lehet pontosítani, hogy nem is gáz, hanem plazma, de alapvetően nagyon helytálló ez a meghatározás. A probléma inkább az, hogy mivel a Nap anyaga erősen átlátszatlan, nehéz kideríteni, hogy mi van a belsejében.
A felszíni folyamatokat persze látjuk, de a belsőbb rétegek történései rejtve maradnak. A plazma, vagyis az ionizált gáz, amely olyan atomokból áll, amelyekről hiányzik egy vagy több elektron, folyamatos körforgásban van. Feltör a mélyből a felszínre, ott lehűl, és újra visszasüllyed. Közben pedig intenzív lokális mágneses mezőket is hurcol magával, amelyek még inkább megkavarják a környezetet, így a felszín anyaga egy folyamatosan fortyogó, kaotikus masszának tűnik.
Rendetlen adatok?
És még a felszínen látszó plazma anyagával kapcsolatban is komoly kérdések merülhetnek fel. A benne található hidrogén, hélium, lítium, oxigén és más nehezebb elemek aránya a Nap színképéből állapítható meg, amely a napfény hullámhossztartományokra, vagyis színekre bontásával jön létre. Minden atom másfajta, jellegzetes fényelnyelési mintázattal rendelkezik, így a színképből meg lehet határozni, hogy egymáshoz képest milyen mennyiségben vannak jelen. Legalábbis elvileg, a gyakorlatban persze ez is sokkal bonyolultabb feladat.
Az elmúlt évek vizsgálatai alapján látszik csak igazán, hogy ez mennyire nehéz probléma. A Nap úgynevezett sztenderd modellje az anyag viselkedésével kapcsolatos jelenlegi ismereteink szerint próbálja leírni, hogyan működhet csillagunk belseje, és milyen lehet a felszín alatti struktúra. Ennek a modellnek a tényleges kinézete azonban nagyban függ attól, hogy milyen összetevőarányokkal számolnak a szakértők.
A Nap összetételével kapcsolatban évtizedekig létezett egy többé-kevésbé elfogadott elképzelés, azonban amikor nagyjából 20 évvel ezelőtt már újabb módszerekkel új elemzés készült az elemek egymáshoz képest előfordulásáról, ennek alapján jelentősen már képet kaptak a szakértők a korábban elfogadotthoz képest. Vagyis sokáig létezett egy teoretizált kép arról, hogyan festhet a Nap belseje, majd kiderült, hogy mégse biztos, hogy így van, hanem lehetséges, hogy jelentősen másként fest a csillagunk belülről.
Az új számok ráadásul más méréseknek is ellentmondtak, különösen a helioszeizmológiai adatoknak, amelyek a Napon keresztül terjedő akusztikus hullámok viselkedésén alapulnak. Ezek révén fel lehet térképezni a csillag belsejét, ahogy a földrengéshullámok is rengeteget segítettek a Föld belső szerkezetének feltárásában a szakértőknek.
A Nap kapcsán az oxigén különösen problematikus, a helioszeizmológiai modell ugyanis jelentősen nagyobb mennyiséget sugall belőle, mint ami a színkép alapján látszik.
A kutatók két évtizede próbálják megoldani, hogy mi okozhatja az ellentmondást, amikor vélhetően a helioszeizmológia és a színképelemzés is megfelelően működik. Mostanra kiderült, hogy valóban nem arról van szó, hogy bármelyik modell rossz lenne, de mindegyik igényel némi finomhangolást, amivel viszont összhangban is lehet hozni őket.
Még egy csipet oxigén
A Nap struktúrájának és összetételének új fizikai modelljét a napokban tették közzé az azt megalkotó kutatók. Az új javaslat egy sor problémára megoldást kínál, és minden korábbinál pontosabb képet ad a Nap összetételével kapcsolatban. A kutatók új és pontosított metódusokat használtak a számítások során, például pontosabb értékekkel számoltak a Napon belüli atomok fényelnyelésével és fénykibocsátásával kapcsolatban. És kifinomultabb 3D-s fizikai modellekkel dolgoztak például a Nap mélyéből felszínre törő, majd újra a mélybe merülő forró anyag viselkedésével kapcsolatban is.
Ráadásul sokkal részletesebben vázolták fel az energiaáramlást, amit a korábbi modellek jelentősen leegyszerűsítettek. Az új modell így minden eddiginél részletesebben írja le a Nap viselkedését, beleértve azt is, hogy mi folyik a csillag belsejében, és ennek révén egy sor látszólagos ellentmondásra megoldást kínál.
Úgy tűnik például, hogy a héliumnál nehezebb elemekből több van csillagunkban, mint korábban gondolták, egyes esetekben akár 26 százalékkal több a korábban feltételezettnél.
Persze így is nagyon csekély mennyiségekről van szó a hidrogénhez és a héliumhoz képest, amelyek a Nap anyagának javát kiteszik, de ezek a nehezebb elemek kis mennyiségben is alapvetően befolyásolják az égitestben zajló folyamatokat és anyagáramlást. Ami a legfontosabb a korábban említett látszólagos ellentmondások szempontjából, az új modell a korábbi színképalapú modellhez képest 15 százalékkal többi oxigént jelez, ami szinte teljes mértékben összhangban áll a helioszeizmológiai eredmények alapján várt oxigénmennyiséggel.
Ami még izgalmasabbá teszi mindezt, nemrégiben egy másik kutatócsoport is megvizsgálta a Nappal kapcsolatos ellentmondások problémáját, és teljesen másként közelítették meg a helyzetet. A Nap forgását és mágneses tulajdonságait tanulmányozták, hogy megállapítsák, ezek a tényezők hogyan befolyásolhatják a felszín kémiai összetételét.
A múltban a Nap gyorsabban forgott, ami azt is jelenti, hogy a részben a forgás által működtetett mágneses tér is erősebb volt. Mélyen a Nap belsejében a forgás és a mágnesség által keltett turbulencia alapvetően befolyásolja a hélium és a lítium viselkedését, és a kutatók által felvázolt új modell nagyon pontosan írja le, hogy minek kell történnie a mélyben ahhoz, hogy a felszín jelenlegi héliumösszetételét kapjuk eredményül. Ugyanez a modell ráadásul a lítiumra is jól működik, ami megerősíti, hogy jó nyomon járhatnak a szakértők.
***
Persze semmi sem tökéletes. A Nap legbelsőbb rétegeiben az atomok közt sugárzással terjed az energia, majd a magtól bizonyos távolságra beindul a konvekció, ami sokkal hatékonyabb módja az energiaátadásnak. Hogy mi történik a két zóna határán, és hogy ez pontosan hol húzódik, az még mindig kérdéses.
A helioszeizmológiai modellek szerint a határ a Nap középpontjától kicsit kevesebb mint 500 ezer kilométerre lehet, míg a második említett kutatás 10 ezer kilométerrel kijjebb helyezi ezt a régiót.
Ez jelentős eltérést, mivel elvileg mindkét előrejelzés kapcsán kevesebb mint 1000 kilométeres hibahatárral számolhatunk. Valami tehát még mindig nem stimmel, valami (vagy valamik) még hiányzik ezekből a modellekből, amivel nem számoltak a szakértők, és ami egy napon talán összhangba hozhatja a kérdéses modelleket és persze a megfigyeléseket is.
De mindkét friss eredmény nagyon fontos elemekkel járul hozzá a Nap viselkedésének megértéséhez, amelyről egyre pontosabb információkkal rendelkezünk. Ezáltal pedig nemcsak a Napról de az egész univerzumról többet tudhatunk meg, hiszen a Naphoz hasonló csillagok alapvető összetevői a világegyetemnek.
