Το εσωτερικό του Ήλιου. Κεφάλαιο 2. Το Εσωτερικό Του Ήλιου

Transcript

1 Κεφάλαιο 2 Το Εσωτερικό Του Ήλιου 33

2 Ο Ήλιος αποτελείται από διάφορα στρώ- µατα, τα οποία απλώνονται από µέσα προς τα έξω, όπως οι φλοιοί ενός κρεµ- µυδιού. Αυτά, ξεκινώντας από το κέντρο, είναι: 1. Ο πυρήνας (core) 2. Η ζώνη ακτινοβολίας (radiative zone) ή περίβληµα 3. Η ζώνη µεταφοράς (convective zone) 4. Η φωτόσφαιρα (photosphere) 5. Η χρωµόσφαιρα (chromosphere) 6. Η µεταβατική ζώνη (transition zone) 7. Το στέµµα (corona) (Οι τρεις τελευταίοι φλοιοί και τµήµα της φωτόσφαιρας συνιστούν την ατµόσφαιρα του Ήλιου, ενώ οι τρεις πρώτοι και το υπόλοιπο τµήµα της φωτόσφαιρας α- ποτελούν το εσωτερικό του.) Ο διαχωρισµός σε ζώνες γίνεται κατά σύµβαση και για πρακτικούς λόγους. Τον χρησιµοποιούµε για τη διευκόλυνση µας όσον αφορά τη µελέτη του α- στέρα, εφόσον δεν υπάρχει σαφής καθορισµός των ορίων της κάθε ζώνης, α- φού η µία εισχωρεί µέσα στην άλλη κατά τη µετάβασή της σε αυτή εξάλλου, λόγω της αδιαφάνειας δεν µπορούµε να έχουµε εποπτεία του τι πραγµατικά συµβαίνει στο εσωτερικό των άστρων. Μας διευκολύνει ακόµα στη µελέτη του Ήλιου, επειδή σε κάθε ζώνη λαµβάνουν χώρα διαφορετικά φαινόµενα, τα οποία έχουν να κάνουν ή µε την παραγωγή της ενέργειας, ή µε τον τρόπο και τον χρόνο διάδοσης της, ή ακόµα µε την µεταβολή της θερµοκρασίας και τους µηχανισµούς που συντελούν σε αυτή. Τέλος, η δηµιουργία διάφορων σχηµατισµών και φαινοµένων συντελείται σε διαφορετικά βάθη, οπότε ο διαχωρισµός σε στρώµατα µας βοηθά να τα κατατάξουµε και να τα µελετήσουµε. (π.χ. κηλίδες, εκλάµψεις). ΤΑ ΣΤΡΩΜΑΤΑ ΤΟΥ ΗΛΙΟΥ ιάδοση ενέργειας µε µεταφορά ιάδοση ενέργειας µε ακτινοβολία Παραγωγή ενέργειας 5 ιάδοση ενέργειας µε ακτινοβολία 34

3 6. ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΗ ΖΩΝΗ (Τransition zone ) Θεωρείται άνω στρώµα της χρωµόσφαιρας. Τ = Κ 5. ΧΡΩΜΟΣΦΑΙΡΑ (Chromosphere) Αποτελεί τµήµα της ατµόσφαιρας του Ήλιου. Ε- κτείνεται έως km πάνω από τη Φωτόσφαιρα. Είναι πολύ αραιή, ελάχιστα λαµπρή και έχει πορτοκαλοκόκκινη λάµψη που είναι ορατή µόνο στις ηλιακές εκλείψεις. Τ = Κ 4. ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑ (Photosphere) (Επιφάνεια ορατού Ήλιου) Εντοπίζεται στα τελευταία 500 km του Ήλιου (<<0.1R ). Είναι περιοχή όπου πέφτει πολύ γρήγορα η αδιαφάνεια (έτσι, η ενέργεια που φθάνει ως εκεί δε φρενάρει, αλλά διαχέεται στο περιβάλλον). Στη ζώνη αυτή όσο µετατοπιζόµαστε προς τα έξω, έχουµε βαθ- µιαία µείωση της πυκνότητας. Η φωτόσφαιρα συµπεριφέρεται ως µέλαν σώµα, δηλαδή δίνει συνεχές φάσµα εκποµπής θερµοκρασίας Κ. Στα τελευταία όµως χιλιόµετρα όπου αυτή δεν διαχωρίζεται από την ατµόσφαιρα, και όπου το υ- λικό είναι πολύ αραιό, θα έ- χουµε γραµµές απορρόφησης. Η θερµοκρασία µεταβάλλεται µε το βάθος: Τ = Κ 7. ΣΤΕΜΜΑ (Corona) Το στέµµα αποτελεί το εξωτερικό τµήµα της α- τµόσφαιρας του Ήλιου. Εκτείνεται έως αρκετές η- λιακές ακτίνες, R. εν είναι ορατό παρά µόνο στις ηλιακές εκλείψεις, ή µε στεµµατογράφους. Θερµοκρασία Τ = Κ (κινητική θερµοκρασία) 2. ΖΩΝΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ( Radiative zone) Εκτείνεται έως 0,85 R. Εδώ, η ενέργεια του πυρήνα µεταδίδεται µε ακτινοβολία σε διάστηµα έως ετών, καθώς αυτή απορροφάται από κάθε πυκνό στρώµα του περιβλήµατος και επανεκπέµπεται στο επόµενο, ξανά και ξανά σε κάθε cm βάθους. Τ = Κ 3. ΖΩΝΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ( Convective zone ) Εκτείνεται από το περιβληµα ως την επιφάνεια του ορατού Ήλιου. Η διάδοση της ενέργειας γίνεται µε µεταφορά (δινορεύµατα). Η θερµοκρασία µεταβάλλεται µε το βάθος, δηλαδή: Τ = Κ 1. ΠΥΡΗΝΑΣ (Core) Η ακτίνα του είναι περίπου ίση µε το 0,25 της η- λιακής ακτίνας. Ο πυρήνας περιέχει το 10% της µάζας του Ήλιου. Η πίεση του ανέρχεται σε P = 1, dyn/cm = 1, atm, ενώ η πυκνότητα του εκτιµάται γύρω στα ρ = 160 gr/cm 3. Από αυτόν ακτινοβολείται ενέργεια υπό µορφή φωτονίων πολύ υψηλής τιµής, ακτίνων γ και ακτίνων X. Τέλος, πληροφορίες για τον πυρήνα αποκοµίζουµε από τα νετρίνο που απελευθερώνονται κατά την αντίδραση p+- p+. Θερµοκρασία Τ = Κ 35

4 ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΟΥ ΗΛΙΟΥ Πυρήνας Ο πυρήνας του Ήλιου (core) καταλαµβάνει το κεντρικό τµήµα του και εκτείνεται σε απόσταση έως 0,25 ηλιακές ακτίνες R. Περιέχει το 10% της συνολικής µάζας του και έχει πυκνότητα, ρ περίπου 160 gr/cm 3. Το υλικό του Ήλιου που εντοπίζεται στο χώρο αυτό βρίσκεται σε κατάσταση πλάσµατος (βλέπε: Κεφάλαιο 4, Το µαγνητικό πεδίο του Ήλιου), γεγονός που εξηγεί την πολύ υψηλή τιµή της πυκνότητας, αφού τούτο αποτελείται µόνο από φορτισµένα σωµατίδια που σχεδόν εφάπτονται µεταξύ τους, καταλαµβάνοντας όλον τον ωφέλιµο χώρο και µην επιτρέποντας την ύπαρξη οποιουδήποτε κενού. Εδώ, πραγµατοποιείται η καύση του υδρογόνου (Η) προς παραγωγή ηλίου (He) µε τον κύκλο p + p + I, απ όπου κατά τη σύντηξη του υδρογόνου (Η) απελευθερώνεται ενέργεια της τάξης των MeV υπό µορφή ακτινοβολίας γ, ακτινοβολίας X και νετρίνο. Η διαδικασία αυτή διατηρεί τη θερµοκρασία της ζώνης του πυρήνα στους Κ και την πίεση, P στις 1, atm ή 1, dyn/cm 2. (Θυµηθείτε ότι 1 dyn/cm 2 = 9, atm = 10-1 Pa). ΦΩΤΟΣΦΑΙΡΑ Τελευταία 500 Km R << 0,1% R ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΤΟΥ ΗΛΙΟΥ 1 R : ΖΩΝΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΠΥΡΗΝΑΣ 0,86 R : ΠΕΡΙΒΛΗΜΑ ή ΖΩΝΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ 0,25 R Ζώνη ακτινοβολίας ή Περίβληµα Η ζώνη ακτινοβολίας (radiative zone) περιβάλλει τον πυρήνα (γι αυτό απαντάται στη βιβλιογραφία και µε τον όρο περίβληµα) και εκτείνεται σε απόσταση έως 0,86 ηλιακές ακτίνες, R. Η θερµοκρασία, Τ του στρώµατος αυτού είναι της τάξης των δισεκατοµµυρίων βαθµών, από έως Κ, δηλαδή η τιµή της κυµαίνεται από Κ αµέσως µετά τον πυρήνα έως Κ κατά τη µετάβαση στη ζώνη µεταφοράς, αφού ποσοστό της ενέργειας του πυρήνα χάνεται κατά τη διάδοση της. 36

5 Η διάδοση της ενέργειας στη ζώνη αυτή πραγµατοποιείται µε ακτινοβολία, δηλαδή µε φωτόνια, χωρίς να µεταφέρεται το υλικό του, γεγονός που σηµαίνει ότι η ενέργεια που παράγεται στον πυρήνα απορροφάται από κάθε πυκνό στρώµα του περιβλήµατος και επανεκπέµπεται στο ακόλουθό του. Αυτό συµβαίνει ξανά και ξανά, σχεδόν σε κάθε εκατοστό βάθους, µέχρι η ενέργεια του πυρήνα να φτάσει στην επόµενη ζώνη. Όπως βλέπουµε στο παρακάτω σχήµα, η διαδροµή της δεν ακολουθεί την ευθεία γραµµή, καθώς τα φωτόνια σκεδάζονται προς όλες τις κατευθύνσεις, ακόµη και προς τα πίσω (οπισθοσκέδαση). Έτσι, απαιτείται ένα αρκετά µεγάλο χρονικό διάστηµα µέχρι να κατορθώσει η ενέργεια του πυρήνα να διαφύγει από τη ζώνη ακτινοβολίας και να περάσει στη ζώνη µεταφοράς. ΑΚΤΙΝΑ ΗΛΙΟΥ Ανοδικό ρεύµα µεταφοράς ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΖΩΝΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΖΩΝΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ πρόσληψη και επανεκποµπή ακτινοβολίας σε κάθε cm βάθους ΠΥΡΗΝΑΣ (παραγωγή ενέργειας) Ο χρόνος που απαιτείται για τη διάδοση της ακτινοβολίας στο εσωτερικό του Ή- λιου, ποικίλει από στρώµα σε στρώµα. Η ενέργεια που παράγεται στον πυρήνα χρειάζεται περίπου χρόνια για να περάσει στην επόµενη ζώνη, ε- νώ ο απαιτούµενος χρόνος για να διαφύγει από το στρώµα του περιβλήµατος κυµαίνεται γύρω στα έως έτη. Συνολικά για να φτάσει στη ζώνη µεταφοράς απαιτούνται έτη. Στη ζώνη µεταφοράς η ενέργεια από τα προηγούµενα στρώµατα καθυστερεί µόνο κατά δύο µήνες προτού φτάσει στην επιφάνεια του Ήλιου (φωτόσφαιρα), από όπου διαχέεται στα άλλα στρώµατα της ατµόσφαιρας του. Ζώνη µεταφοράς Η ζώνη µεταφοράς (convective zone ή convection zone) είναι το τρίτο κατά σειρά στρώµα από τον πυρήνα και εκτείνεται ως την επιφάνεια του ορατού Ήλιου, δηλαδή φθάνει σε απόσταση µίας ηλιακής ακτίνας, 1 R από το κέντρο του. Η θερµοκρασία, Τ στη ζώνη αυτή κυµαίνεται από έως 6, Κ, δηλαδή ελαττώνεται όσο πλησιάζουµε προς την επιφάνεια του Ήλιου. 37

6 Η µετάδοση της ενέργειας στο στρώµα αυτό γίνεται µε µεταφορά, µέσα από τα δινορεύµατα. Αυτό σηµαίνει ότι, οι θερµές και ρευστές µάζες (µε κόκκινο χρώµα στην αριστερή εικόνα), που βρίσκονται στα κατώτερα στρώµατα της ζώνης µεταφοράς, κινούνται ανοδικά προς τη φωτόσφαιρα και όταν φθάσουν εκεί α- ποβάλλουν την ενέργειά τους και ψύχονται (µωβ και µπλε χρώµα στην εικόνα). Όπως ψύχονται, συστέλλονται µε αποτέλεσµα να αυξάνει η πυκνότητα τους έ- τσι, γίνονται βαρύτερα από τις γύρω περιοχές και βυθίζονται στο εσωτερικό του Ήλιου. Η διαδικασία επαναλαµβάνεται, καθώς οι µάζες φθάνοντας στα βαθύτερα στρώµατα θερµαίνονται ξανά, µε αποτέλεσµα να αυξάνουν την ενέργεια τους και να διαστέλλονται. Εποµένως, ελαττώνεται η πυκνότητα τους σε σχέση µε αυτή των γύρω περιοχών και, ως ελαφρύτερες πλέον από αυτές, ανέρχονται πάλι προς την επιφάνεια. Με τον τρόπο αυτό δηµιουργείται µία κυκλική κίνηση των φορτίων. Η κίνηση αυτή πραγµατοποιείται σε 2 στάδια: από την κατώτερη επιφάνεια της ζώνης µεταφοράς έως λίγο παραπάνω από τη µεσότητα της ζώνης µεταφοράς, µε µεγάλα ανοδικά ρεύµατα και από εκεί έως την επιφάνεια µε λίγο µικρότερου µεγέθους ανοδικά ρεύµατα. Αυτό συµβαίνει γιατί αλλάζουν οι συνθήκες στην περιοχή, αφού όσο α- νερχόµαστε προς τα πάνω και προσεγγίζουµε προς την επιφάνεια, αποµακρυνόµαστε από τη θέρµανση του πυρήνα. Έτσι, η θερµοκρασία µειώνεται άρα µειώνεται και η κινητική ενέργεια των σωµατιδίων του πλάσµατος, µε αποτέλεσµα να έχουµε σταδιακή επανένωση τους, προς σχηµατισµό ατόµων. Το παραπάνω γεγονός οδηγεί σταδιακά στην αύξηση των τριβών του ηλιακού ρευστού, αφού µεγαλώνουν οι ενδοµοριακές δυνάµεις, µε αποτέλεσµα να δηµιουργούνται τα δύο αυτά στάδια για την προς τα πάνω µεταφορά της ενέργειας. Η περιοχή όπου αρχίζει το δεύτερο στάδιο της µεταφοράς κατά την οποία το υλικό φθάνει τελικά στη φωτόσφαιρα εντοπίζεται στο βάθος που αρχίζει η επανασύνδεση του He II. Όµως, πολύ κοντά στην επιφάνεια του Ήλιου (φωτόσφαιρα) όπου αρχίζει η επανασύνδεση του Η Ι, δηµιουργούνται κι άλλα κυκλικά ανοδικά ρεύ- µατα πολύ µικρής κλίµακας, που µεταφέρουν υλικό στην επιφάνεια παράλληλα µε τα µεγαλύτερης κλίµακας ανοδικά ρεύµατα που ξεκινούν από την περιοχή 38

7 επανασύνδεσης του He II. Αυτοί οι δύο τύποι ρευµάτων, που µεταφέρουν το υλικό στην φωτόσφαιρα, το εκτοξεύουν σε διαφορετικά ύψη, µε αυτό των µεγαλύτερων ρευµάτων, που φέρει υλικό θερµότερο και ενεργειακά πιο εµπλουτισµένο, να φτάνει πιο ψηλά. Το παρατηρούµενο από εµάς αποτέλεσµα της διαδικασίας αυτής είναι οι κορυφές των ανοδικών ρευµάτων, τα οποία δηµιουργούν στην φωτόσφαιρα τους κόκκους και τους υπερκόκκους (βλέπε: Ήρεµος Ήλιος / κοκκίαση - υπερκοκκίαση), µέσω των οποίων διαπιστώνεται και ταυτοποιείται η ύπαρξη της ζώνης µεταφοράς. Τέλος, πιστεύεται πως υπάρχει και ένα ενδιάµεσο µέγεθος ανοδικών ρευ- µάτων µεταξύ των δύο τελευταίων που δηµιουργεί ένα µεσαίο µέγεθος κόκκων (µεσοκοκκίαση), αν και το θέµα ερευνάται ακόµα. πυρήνας ζώνη µεταφοράς ζώνη ακτινοβολίας κοκκίαση υπερκοκκίαση Εικ. 2.1 Η µεταφορά της ενέργειας του πυρήνα από τη ζώνη ακτινοβολίας προς τη φωτόσφαιρα επιτελείται στη ζώνη µεταφοράς σε δύο στάδια: από την κατώτερη επιφάνεια της ζώνης µεταφοράς έως λίγο πάνω από τη µεσότητα της µε µεγάλα ανοδικά ρεύµατα και από εκεί έως τη φωτόσφαιρα µε λίγο µικρότερου µεγέθους ανοδικά ρεύµατα. Πολύ κοντά στην επιφάνεια δηµιουργείται και ένας τύπος ρευµάτων πολύ µικρής κλίµακας που µεταφέρει επίσης υλικό στη φωτόσφαιρα, όµως εδώ, στην εικόνα αυτή δεν φαίνονται γιατί είναι, συγκριτικά µε τα άλλα, πάρα πολύ µικρά. Φωτόσφαιρα Η φωτόσφαιρα, πάχους 500 km, είναι το στρώµα που διαδέχεται τη ζώνη µεταφοράς, αλλά, ως ζώνη, δεν ανήκει ολόκληρη στο εσωτερικό του Ήλιου, παρά µόνο ένα µικρό ποσοστό της στο οποίο η αδιαφάνεια είναι πολύ µεγάλη. Αυτό το τµήµα της, στο σηµείο όπου πέφτει κατακόρυφα η αδιαφάνεια και η ακτινοβολία από το εσωτερικό µπορεί να ξεχυθεί στον διαπλανητικό χώρο, θεωρείται ως η επιφάνεια του ορατού Ήλιου, αφού, το στρώµα αυτό εκπέµπει, µε πολύ καλή προσέγγιση, θερµική ακτινοβολία σαν µέλαν σώµα, δίνοντας το συνεχές φάσµα του Ήλιου. ηλαδή, από το τµήµα αυτό της φωτόσφαιρας αναδύεται το σύνολο σχεδόν της ορατής ακτινοβολίας που παράγεται στον πυρήνα του Ήλιου και µας δίνει την αίσθηση του φωτεινού δίσκου που βλέπουµε στο ορατό φως. Σαν στρώ- µα τη µελετάµε στο επόµενο κεφάλαιο, αυτό, της ηλιακής ατµόσφαιρας. 39

8 Hλιοσεισµολογία Το εσωτερικό του Ήλιου είναι όπως είπαµε αδιαφανές, εποµένως δεν µπορούµε να πάρουµε πληροφορίες γι αυτό από άµεση παρατήρηση µε τηλεσκόπιο, όπως κάνουµε στην ατµόσφαιρά του. Έτσι, για να µελετήσουµε τις διάφορες περιοχές του εσωτερικού του, δηµιουργήσαµε έναν νέο κλάδο της Aστροφυσικής, την Hλιοσεισµολογία αντίστοιχος κλάδος υπάρχει για την µελέτη του εσωτερικού των άστρων γενικότερα, που ονοµάζεται Αστροσεισµολογία η οποία εκµεταλλεύεται το γεγονός ότι οι δονήσεις στο εσωτερικό του Ήλιου θα µεταφέρουν την αντίστοιχη πληροφορία στην επιφάνεια. Όπως γνωρίζουµε, ένα αντικείµενο που αποτελείται από υλικό το οποίο µπορεί να συ- µπιεστεί (για παράδειγµα ένα αέριο, ένα ρευστό, κ.α.), µπορεί να παρουσιάζει διάφορους τρόπους ταλάντωσης. Οι ταλαντώσεις αυτές διαδίδονται στο εσωτερικό του και προκαλούν στην επιφάνειά του φαινόµενα που µπορούν να ανιχνευθούν και να µετρηθούν, προσφέροντας πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά του. ηλαδή, από τις κινήσεις αυτές των αερίων στην ηλιακή επιφάνεια παίρνουµε πληροφορίες για την πυκνότητα, τη θερµοκρασία, αλλά και την ταχύτητα περιστροφής του εσωτερικού του Ήλιου. Η Hλιοσεισµολογία χρησιµοποιεί όργανα αντίστοιχα των σεισµογράφων, που χρησιµοποιούµε για τη µελέτη του εσωτερικού της Γης, τους φασµατοηλιογράφους. Τα όργανα αυτά, έχουν τη δυνατότητα να δίνουν την εικόνα του Ήλιου µας µόνο σε προεπιλεγµένα από τους ε- ρευνητές µήκη κύµατος. Όπως είναι φανερό, αν πάρουµε ένα φασµατοηλιογράφηµα, εκείνες οι περιοχές του Ήλιου που εκπέµπουν στα προεπιλεγµένα µήκη κύµατος που µπορεί να «δει» ο ηλιοφασµατογράφος µας, θα φαντάζουν λαµπρές, ενώ όλες οι άλλες θα παρουσιάζονται σκοτεινές. Χρησιµοποιώντας έναν φασµατοηλιογράφο οι Pόµπερτ Λέιτον, Pόµπερτ Nόις και Tζωρτζ Σάιµον, διαπίστωσαν σε µια σειρά παρατηρήσεων της επιφάνειας του Ήλιου που έκαναν το 1960 στο Αστεροσκοπείο Mount Wilson, ότι οι επιφάνειες της φωτόσφαιρας, που αρχικά παρουσιάζονταν ως λαµπρές σε κάποια φασµατοηλιογραφήµατα, στα επόµενα εµφανίζονταν σαν σκοτεινές (στο ίδιο µήκος κύµατος). Το γεγονός αυτό θα συνέβαινε µόνο εάν οι περιοχές πάλλονταν πάνω-κάτω. Αν ισχύει αυτό, τότε οι περιοχές αυτές εµφανίζονται ως λαµπρές όταν «ανεβαίνουν», προσεγγίζουν δηλαδή τον παρατηρητή και σκοτεινές όταν αποµακρύνονται. Ό- ταν «κατεβαίνουν», δείχνουν σκοτεινές γιατί η επιφάνειά τους αποµακρύνεται από τον παρατηρητή και επειδή η ακτινοβολία που εκπέµπουν αλλάζει µήκος κύµατος λόγω του φαινοµένου Doppler-Fizeau), δε µπορεί να καταγραφεί από τον φασµατοηλιογράφο. Για να παρατηρηθούν όµως οι ηλιακές ταλαντώσεις απαιτείται συνεργασία πολλών αστεροσκοπείων. Έτσι δηµιουργήθηκε η Οµάδα ικτύου Ολικών Ταλαντώσεων, γνωστή ως GONG. Εικ. 2.2 Ταλαντώσεις της ηλιακής επιφάνειας. Οι µπλε περιοχές αποµακρύνονται από το εσωτερικό του Ήλιου, ενώ οι κόκκινες κατευθύνονται προς αυτό (GONG, NOAO). Οι ταλαντώσεις στον Ήλιο οφείλονται, εν γένει, σε τοπικές διαταραχές της υδροστατικής ι- σορροπίας, οι οποίες προκαλούνται είτε λόγω της διαφορικής περιστροφής, είτε λόγω τοπικών µεταβολών της θερµοκρασίας. Τότε, ανάλογα µε το ποια θα είναι η δύναµη επαναφοράς στην ταλαντωτική κίνηση, έχουµε δηµιουργία αντίστοιχων κυµάτων. Έτσι, αν η δύναµη επαναφοράς είναι: Η βαθµίδα της πίεσης, δηµιουργούνται ακουστικά κύµατα. Η βαρύτητα, δηµιουργούνται κύµατα βαρύτητας ή κύµατα πυκνότητας. Η δύναµη Lorentz, δηµιουργούνται µαγνητικά κύµατα (αυτά τα τελευταία όσον αφορά την Ηλιοσεισµολογία δεν είναι πολύ σηµαντικά, καθώς δεχόµαστε πως δεν µπορούν να δη- µιουργηθούν τέτοιας φύσεως κύµατα στο εσωτερικό του Ήλιου). Συνολικά οι ταλαντώσεις που παρατηρούνται στον Ήλιο είναι οι p-mode, g-mode, f-mode και 40

9 η περιστροφική ταλάντωση. Η ταλάντωση που ονοµάζουµε p-mode (δηλαδή p τρόποι ταλάντωσης που απορρέουν από τη βαθµίδα της πίεσης), αφορά ακουστικά κύµατα (sound waves). Πρόκειται για πεντάλεπτες, κατά µέσον όρο, ταλαντώσεις αφού µέσα στο χρονικό διάστηµα των τριών έως δέκα λεπτών (3-10 min) το οποίο αποτελεί την περίοδό τους ανάλογα µε την ηλιακή ζώνη στην οποία εντοπίζονται η επιφάνεια του Ήλιου ανεβοκατεβαίνει µερικές εκατοντάδες χιλιόµετρα. Είναι γνωστές ως πεντάλεπτες ταλαντώσεις της φωτόσφαιρας και αναγνωρίζονται σε συχνότητες γύρω στα 2 έως 4 mhz. Εικ. 2.3 Αριθµητική προσοµοίωση, που αναπαριστά τον συντονισµό που προκαλείται από ένα ακουστικό κύµα στο εσωτερικό του Ήλιου (Helioseismology / GONG) Η ταλάντωση που ονοµάζουµε g-mode (δηλαδή g τρόποι ταλάντωσης, που απορρέουν από την βαρύτητα), αφορά τα κύµατα βαρύτητας ή πυκνότητας (gravity waves). Αυτά παρουσιάζουν πολύ µικρό πλάτος ταλάντωσης, της τάξης των mm (µερικά mm), µε περίοδο γύρω στα 100 λεπτά (περίπου 1,6 ώρες) και συχνότητες γύρω στα 0,3-0,4 mhz. Στη ζώνη µεταφοράς δεν έχουµε κύµατα βαρύτητας, ενώ τέτοια δεν ανιχνεύονται και στην επιφάνεια του Ήλιου. Τα κύµατα αυτά µας δίνουν ενδείξεις ότι ο πυρήνας περιστρέφεται 5 φορές γρηγορότερα από τη φωτόσφαιρα. Η ταλάντωση που ονοµάζουµε f-mode (surface gravity waves) δηµιουργεί κύµατα στο εσωτερικό του Ήλιου που δεν είναι και πολύ σηµαντικά. Όλα τα παραπάνω κύµατα όταν φθάνουν στην επιφάνεια του Ήλιου, ανακλώνται ξανά προς τα µέσα, επειδή αλλάζει δραστικά ο δείκτης διάθλασης του ηλιακού ρευστού πάνω στην οριακή αυτή επιφάνεια, ενώ όταν φθάνουν στον υπέρπυκνο πυρήνα ανακλώνται πάλι προς τα έξω. Όσον αφορά το ενδιάµεσο διάστηµα στο εσωτερικό του Ήλιου, επειδή η ταχύτητα διάδοσης της διαταραχής διαφέρει από περιοχή σε περιοχή λόγω των ιδιοτήτων του µέσου, τα κύµατα δεν ανακλώνται πάνω σε ευθεία γραµµή, αλλά σε καµπύλη (µεταβάλλεται το µηκος κύµατος και όχι η συχνότητα των κυµάτων, η οποία χαρακτηρίζει την πηγή και διατηρείται αναλλοίωτη, ε- ποµένως όπως προκύπτει από τη σχέση υ = λ ν µεταβάλλεται η ταχύτητα του κύµατος). Μερικά από τα κύ- µατα αυτά κατορθώνουν, από καιρό σε καιρό, να δραπετεύσουν από το εσωτερικό του Ήλιου, καθώς δη- µιουργούνται «οπές» στην ηλιακή επιφάνεια λόγω διαταραχής των τοπικών συνθηκών, οι οποίες «ξανακλείνουν» µετά από σύντοµο χρονικό διάστηµα. Τέλος, στον Ήλιο δηµιουργείται και µια περιστροφική ταλάντωση ως προς τον άξονα περιστροφής του, δηλαδή πότε έχουµε µια δεξιόστροφη κίνηση και πότε µια αριστερόστροφη. Εικ. 3.4 ιάγραµµα ταχυτήτων πάνω στην ηλιακή επιφάνεια. Οι θετικές ταχύτητες είναι ταχύτητες αποµάκρυνσης. Η διαφορά που παρουσιάζεται από τα αριστερά προς τα δεξιά οφείλεται στην περιστροφή του Ήλιου. Η κοκκώδης απεικόνιση οφείλεται σε κινήσεις της ηλιακής επιφάνειας πάνω σε έδαφος ηλιακών ταλαντώσεων και στην υπερκοκκίαση. Αν από το διάγραµµα αυτό αφαιρέσουµε την περιστροφή του Ήλιου, έχουµε τις κάθετες κινήσεις στην ηλιακή επιφάνεια (ηλιακές ταλαντώσεις και υπερκοκκίαση). Μπορούµε ακόµα, να αφαιρέσουµε και τις ταχύτητες που προκαλούνται εξαιτίας της υπερκοκκίασης και να µείνουν µόνο αυτές των ηλιακών ταλαντώσεων (SOHO). 41

10 Για τις ολικές ταλαντώσεις που δηµιουργούνται στον Ήλιο κατασκευάζονται µοντέλα, από τη λύση των εξισώσεων που ισχύουν στο εσωτερικό του Ή- λιου και των άστρων γενικότερα µε βάση κάποιες παραµέτρους όπως είναι η µάζα, η ακτίνα, η χηµική σύσταση, η θερµοκρασία, η πίεση και η λαµπρότητα, εφαρµόζοντας τις κατάλληλες οριακές συνθήκες. Παράλληλα, κάνουµε χρήση κάποιων προσεγγίσεων, ενώ θεωρούµε ότι ισχύουν και κάποιες ισορροπίες (αυτές θεωρούµε ότι ισχύουν στο εσωτερικό των άστρων γενικότερα). Από τα µοντέλα αυτά προκύπτουν τιµές συχνότητας των ταλαντώσεων θεωρητικές τιµές που συνιστούν ένα σύνολο χρονοσειρών. Οι τελευταίες, αντιστοιχούν στις γραµµές που βλέπουµε στο διάγραµµα. Το διάγραµµα αυτό που βλέπουµε αριστερά συσχετίζει το πλάτος της ταλάντωσης µε τον χρόνο αυτής (ή τη συχνότητα) και ονοµάζεται l-nu διάγραµµα. Πάνω σε αυτό τοποθετούµε, στη συνέχεια, τις τιµές που έχουµε από τις παρατηρήσεις οι οποίες αντιστοιχούν σε σειρές σηµείων και βλέπουµε κατά πόσο αυτές συµφωνούν/ταυτίζονται µε τις θεωρητικά υπολογιζόµενες. Αν δεν υπάρχει σύµπτωση των αποτελεσµάτων, τότε τροποποιούµε το µοντέλο, πάντα µέσα σε κάποιο πλαίσιο, ώστε οι θεωρητικά υπολογιζόµενες τιµές να συµφωνούν µε τις παρατηρούµενες κατά το πλείστον δυνατό, ενώ παράλληλα να εξασφαλίζεται το γεγονός ότι ικανοποιούνται οι εξισώσεις που ισχύουν στο εσωτερικό του Ήλιου. Με τον τρόπο αυτόν µπορούµε να εκτιµήσουµε (να «δούµε») τι µπορεί να συµβαίνει στο εσωτερικό του Ήλιου. Εικ. 2.3 Ένα l-nu διάγραµµα, που δείχνει τη µεταβολή του πλάτους της ταλάντωσης µε τη συχνότητα, σε τιµές συχνότητας έως 10 mhz, όπου l=1000 (Helioseismology / GONG) 42