1. oldal
A Nap a hozzánk legközelebbi csillag a világegyetemben, így azt hihetnénk, hogy már nem sok dolog van, amit nem tudunk róla. És ez sok szempontból így is van, hiszen például felszínét olyan részletességgel ismerjük, mint egyetlen más csillagét sem, egyszerűen közelsége miatt. Ugyanakkor még mindig rengeteg dolog van, amiről fogalmunk sincs a földi élet szempontjából kulcsfontosságú energiaforrással kapcsolatban. A megválaszolatlan kérdések között vannak rendkívül bonyolultak és egész egyszerűek is. Jelen cikkünk ez utóbbiak egyikével foglalkozik, jelesül azzal, hogy milyen gyorsan forog a Nap magja.
Ez szintén egy olyan probléma, amelyre a legutóbbi időkig nem tudtuk a megoldást, de egy új vizsgálatnak köszönhetően mára megszületett a válasz. A Nap magja majdnem pontosan egy hét alatt fordul meg egyszer a saját tengelye körül. Ami azért érdekes, mert ez a negyede a csillag felszínét jellemző forgási időnek. A Nap különböző rétegei ugyanis eltérő sebességgel forognak.
Ennek oka, hogy csillagunk nem egy szilárd gömb, hanem egy gigantikus plazmacsomó, vagyis olyan gázokból áll, amelyek atomjai elveszítették egy vagy több elektronjukat, azaz ionizáltak. A Nap teljes átmérője nagyjából 1,4 millió kilométer. Magjában akkora a nyomás (a földi normál légköri nyomás több száz milliárdszorosa) és a hőmérséklet (15 millió ºC), hogy az ott található hidrogénatomok egymásba ütközve bonyolult folyamatok során héliummá egyesülnek. Ez a fúziós működés sok energia felszabadulásával jár együtt, amely a Nap felszínét kacskaringós úton elérve fotonok, azaz fény (még pontosabban elektromágneses sugárzás) formájában hagyja el az égitestet.
A mag, ahol a fúzió zajlik, nagyjából a Nap átmérőjének ötödét teszi ki: durván 280 ezer kilométer széles, ami egy kicsit kisebb, mint a Föld és a Hold távolsága. Bár ezt a legbelső zónát félmillió kilométernyi plazma takarja el előlünk, tudjuk, hogy létezik, és tudjuk, hogy innen nyeri energiáját a Nap, és vele (legalábbis, ami a fényt és hő a javát illeti) a Naprendszer égitestjei is. A magfúzió 1932-es felfedezése óriási előrelépést jelentett csillagunk működésének megértésében.
Amikor ránézünk a Napra kívülről, azt is látjuk, hogy forog. Bár a felszín nem szilárd, és folyamatosan változik, van néhány módszer, amivel megállapítható a forgási idő. A napfoltok, vagyis csillagunk fotoszférájában megjelenő sötét területek, például kiváló „tereppontoknak” számítanak. Ezek a környezetüknél hidegebb részek ugyanis együtt haladnak a forgó plazmával, hasonlóan ahhoz, ahogy egy földi völgy együtt halad a kéreggel. Így mozgásukat követve kiderül, hogy Nap pár hét alatt fordul meg saját tengelye körül.
Ezen a ponton rögtön fény derül a Nap egyik furcsaságára is. Csillagunk felszíne ugyanis az egyenlítői régióban gyorsabban forog, mint a sarkokon, azaz differenciálisan rotál. Míg az egyenlítő környékén 25 földi napig tart, amíg egy napfolt körbeér, a sarki régiókban ugyanehhez 35 napra van szükség.
De mi a helyzet a maggal? Ennek forgási sebességéről szintén régóta sejtik a kutatók, hogy eltér a felszín forgásának ütemétől, vagyis a Napot nemcsak szélességi, de mélységi differenciális rotáció is jellemzi. De hogy pontosan mekkora az eltérés, azt a legutóbbi időkig senki sem tudta. Egy új módszerrel azonban végre sikerült megtalálni a választ. A metódus a Nap vibrálásán alapul.
Csillagunk magja és felszíne, a fotoszféra (vagyis a Naprendszerbe elinduló fotonok javának kiindulási helye) között található az úgynevezett konvekciós zóna. Ebben a forró plazma felemelkedik, a hideg pedig lesüllyed, nagyon hasonlóan a földi köpenyben létező konvekciós áramlatokhoz. Ahogy a több ezer konvekciós cellában felfelé és lefelé áramlik a plazma, ez a környező anyaggal kölcsönhatásba lépve nyomáshullámokat képez. Ezek mindenfelé szétterjednek, interferálnak egymással és a felszínt elérve megrezgetik annak anyagát.
2. oldal
Ezeket a vibrációkat pedig mérni lehet, és a hullámok viselkedéséről már eleget tudnak a kutatók ahhoz, hogy a kirajzolódó rezgésekből következtetéseket vonjanak le a Nap belső szerkezetére vonatkozólag. Így anélkül nyerhetünk bepillantást csillagunk belsejébe, hogy közvetlenül látnánk annak mélyebb rétegeit. Az ezzel foglalkozó tudományágat helioszeizmológiának hívják, és általa ahhoz hasonlóan térképezhető fel a Nap belseje, ahogy a földrengések segítenek megismerni saját bolygónk mélyét.
A Nappal kapcsolatban ugyanakkor a méréseket megnehezíti, hogy a p-hullámoknak nevezett nyomáshullámok nagyon gyorsan áthaladnak a csillag mélyebb, sűrű rétegein, így nem elég érzékenyek ahhoz, hogy általuk a mag viszonylag lassú forgási sebessége mérhető legyen. Szerencsére azonban van egy másik fajta hullám is. A g-hullámokról, vagyis a légköri gravitációs hullámokról van szó, amelyek nem keverendők össze a téridő gravitációs hullámaival. Míg ez utóbbiak a téridő hullámszerűen terjedő torzulásai, a légköri gravitációs hullámok a környezetüktől eltérő sűrűségű, hullámok módjára terjedő részek az atmoszférában.
A g-hullámok gyakorlatilag olyan hullámok, mint amilyeneket a fürdőkádban keltünk, ha mozogni kezdünk. Ha a vizet kezünkkel, lábunkkal felfelé nyomjuk, azt a gravitációja visszahúzza, és ahogy elindul lefelé, „túllő” eredeti szintjén, apró völgyet képezve a felszínen, amely aztán hullámként terjedni kezd. A Nap magjában is képződnek ilyen hullámok, ezek azonban nem érik el a felszínt, így közvetlenül nem észlelhetők.
Azonban amikor a p-hullámok áthaladnak a magon, interakcióba kerülnek a g-hullámok által mozgásba hozott anyaggal, így a p-hullámok mozgása is megváltozik. A módosulás nagyon apró, de alapos megfigyelésekkel mérhető. És nemrégiben végre sikerült is megmérni. Az ESA és a NASA közös napfigyelő műholdja, az 1995-ben útjára indított, és a Nap–Föld-rendszer L1 Lagrange-pontjában (tehát a két égitest közötti gravitációs „gödörben”) keringő SOHO fedélzetén van egy műszer, amelyet a p-hullámok észlelésére fejlesztettek ki.
A szakértők a GOLF nevű rendszer 16,5 évnyi mérési adatait értékelték ki, és a hatalmas adathalmazban képesek voltak kimutatni a g-hullámok p-hullámokra való apró hatását. És a piciny módosulásokból kiderült, hogy a Nap magja majdnem pontosan egy földi hét alatt fordul meg saját tengelye körül, vagyis négyszer gyorsabban forog, mint a csillag felszíne.
A Nap felszíne fölött a mágneses tér gigantikus hálóként viselkedik: felkapja a csillagot elhagyó szubatomi részecskéket, és meglódítja ezeket kifelé. Miközben ez megtörténik, a részecskék is visszahatnak a mágneses térre. És mivel ez utóbbi a Nap anyagából gerjed, arra is. Így a sugárzás végső soron folyamatosan lassítja a Nap forgását. A mágneses tér azonban nincs közvetlen kapcsolatban a maggal, így míg a külső rétegek forgása lassul, a magé ettől nem válik lomhábbá. Bár a súrlódás miatt összességében a mag forgása is egyre lassabb lesz, mivel ez sokkal kisebb ütemben lassul, mint a felszín, mára – 4,5 milliárd évvel a keletkezés után – négyszeressé vált a forgási sebességek eltérése.
Az új módszerrel, vagyis a hullámok egymásra hatásának tanulmányozásával a kutatók reményei szerint egy sor más dolog is kideríthető lesz a magról, amelyet mostanáig gigantikus mennyiségű plazma rejtett el szemünk és műszereik elől.
