Szerzõ: Kovács József | 2007. június 24., vasárnap
Mélyen a csillagunk belsejében gerjesztõdõ mechanikai hullámok segíthetnek abban, hogy információt szerezhessünk a Nap energiatermelõ magjáról.
Bár az optikai tartományban nem tudunk a Nap felszíne alá tekinteni, mélyen a csillagunk belsejében gerjesztõdõ rezgések, azaz mechanikai hullámok segítségével talán mégis szerezhetünk információt a Nap energiatermelõ magjáról. Ezek a hullámok több szempontból hasonlítanak a földrengésekkor keletkezõ szeizmikus hullámokra, melyekkel a geofizikusok már rég feltérképezték bolygónk belsõ tartományait. Két típusuk különböztethetõ meg: az ún. nehézségi hullámok (g-módusok), illetve a nyomáshullámok (p-módusok), melyek normál hanghullámok. Gerjesztésükért a konvekciós zóna véletlenszerû áramlási folyamatai felelõsek, melyek módusok millióit hozzák rezgésbe.
A helioszeizmológia tudománya a hullámok által a napfelszínen keltett oszcillációkból következtet arra, hogy mi történik a Nap belsejében. Ilyen vizsgálatok eredményeként ismerjük például nagyon pontosan a magban uralkodó hõmérsékletet, ami létfontosságú volt a magreakciók során keletkezõ neutrínók átalakulásának részecskefizikai bizonyításában. A sikerek mellett azonban a Nap legbelsõ része, az energiatermelõ mag mindeddig "zárva" maradt elõttünk. Ez a helyzet változhat meg a g-módusokra vonatkozó új eredményeknek köszönhetõen.
A Nap belsejének keresztmetszete a magra és a sugárzási zónára jellemzõ g-módusok, illetve a konvekciós zónát domináló p-módusok hullámfrontjaival. (Science 316, 1573 (2007))
A nyomáshullámok inkább a Nap külsõ rétegeire jellemzõek, s csak nagyon kis hányaduk jut el a 0,2 naprádiuszon belüli területekre. Velük ellentétben a g-módusok a magban és a sugárzási zónában terjednek, így jó lehetõséget biztosíthatnak a belsõ részek hõmérsékleti, nyomás- és mozgásviszonyainak tanulmányozására. A gond azonban az, hogy mivel ilyen mélyen fekvõ területekhez kötõdnek, az általuk generált napfelszíni hatások körülbelül három nagyságrenddel kisebbek, mint amit a ma (Solar and Heliospheric Observatory, SOHO) és a közeljövõ (Solar Dynamics Observatory, SDO) ûreszközeivel, illetve földi programok (Global Oscillation Network Group, GONG) mûszereivel detektálni lehet.
A g-módusoknak azonban van még egy olyan jellemzõ tulajdonsága, amely kissé könnyebbé teheti detektálásukat: az elméletek szerint évekig fázisban maradhatnak, így sok hullám egymást erõsítve már a felszínen is mérhetõ hatást produkálhat. Ez a lehetõség motiválta R. Garcia kutatócsoportját, hogy a SOHO mûhold GOLF (Global Oscillation at Low Frequency) mûszerével 10 éven keresztül rögzített adatokat elemezzék ebbõl a szempontból.
A Nap különbözõ részeinek rotációs sebessége a sugár függvényében. A konvektív zónában jól látható a naprajzi szélességtõl függõ differenciális rotáció. A sugárzási zónában egészen 0,3 naprádiuszig a forgás merevvé válik, de az adatok egyre bizonytalanabbak. 0,2 naprádiuszon belül, azaz a magban a rotációs profil nem ismert. (Science 316, 1591 (2007))
Az új eredmények szerint a g-módusok periódusai egyenközûek, ellentétben a p-módusokkal, ahol ez a frekvenciákra jellemzõ. A lehetséges periódusok tartományát felölelõ és a rotációnak a g-módusokra gyakorolt hatását is figyelembe vévõ modell alapján Garcia és csapata azonosítani tudta a g-módusokra jellemzõ jeleket a GOLF adatok periodogramjában, és ez alapján a g-módusok valóban léteznek, s nem csak elméleti képzõdmények.
A g-módusok létének alátámasztása mellett a kutatócsoport durva becslést adott a Nap magjának forgási sebességére is. A helioszeizmológusok körében legalább két évtizede központi kérdés, hogy a mag gyorsabban vagy lassabban forog-e a felszínnél. A probléma nagyságát jól jelzi, hogy a kimenetelre vonatkozó baráti fogadások tétje néhány üveg nemes óbor szokott lenni. Garcia kutatócsoportja egyértelmûen a "gyorsabb" mellett teszi le a voksát.
Bár az eredmény jelentõs elõrelépés a helioszeizmológiában, megerõsítéséhez – mint a természettudományok más területein is – az analízist egy független adatsoron is el kell(ene) végezni, hogy lássák, a GOLF adatok periodogramjában talált struktúra ismételten elõbukkan-e. A baj azonban éppen a független adatsorral van.
Jelenleg két nagy helioszeizmológiai mérõrendszer mûködik, a SOHO és a GONG. A SOHO mûhold azonban mûködési ciklusának vége felé tart, a kiváltására tervezett SDO mûholdat 2008 folyamán tervezik felbocsátani. A földi bázisú GONG projekt sorsa pedig kétséges, ugyanis a fenntartó, az NSF (National Science Foundation) csillagászati divíziója egy tanulmány alapján az SDO felbocsátása után 1 évvel a megszûntetését tervezi, hacsak független szponzor nem jelentkezik addig. Elképzelhetõ tehát, hogy a helioszeizmológia az eddigi egyik legizgalmasabb eredményét még évtizedekig nem tudjuk megerõsíteni.