Ilmiö Auringossa: Ellermanin pommit ja spektriviivojen siivet

KAK — Aktiivisilla alueilla tapahtuu toisinaan kirkastumisia, jotka näkyvät ainoastaan eräissä tarkoin valituilla aallonpituuksilla. Nämä lyhytkestoiset kirkastumat tunnetaan nimellä Ellermanin pommit (engl. Ellerman bombs). Ilmiö havaittiin ensimmäisen kerran jo 1900-luvun alussa, mutta sen fysikaalinen tulkinta on edelleen aktiivisen tutkimuksen kohteena.

Harrastajalle Ellermanin pommit tarjoavat kiinnostavan esimerkin siitä, miten spektriviivojen hienorakenne ja valitut havaintoaallonpituudet määrittävät, mitä rakenteita ja tapahtumia Auringossa voidaan havaita. Tässä artikkelissa selvitän ensin, mitä tarkoitetaan spektriviivan siivillä, ja sen jälkeen tarkastelen itse Ellermanin pommeja ja niiden havaittavuutta.

 

Kaavio spektriviivan siivistä. Kuva © Kari A. Kuure.

Spektriviivojen siivet

Auringon valo ei ole tasainen jatkumo kaikilla aallonpituuksilla, vaan siitä löytyy satoja tummia absorptioviivoja ja kirkkaita emissioviivoja, joita kutsutaan Fraunhoferin viivoiksi. Yksi näistä on vetyä vastaava H-alfa -viiva (656,28 nm), joka on erityisen tunnettu aurinkoharrastajien keskuudessa. Näitä viivoja ei kuitenkaan tule ajatella pelkkinä yksittäisinä "viivoina" kuvassa, vaan ne ovat todellisuudessa leveärakenteisia profiileja aallonpituuden funktiona.

Spektriviivan profiili koostuu kahdesta pääosasta:

• Viivan ydin (engl. line core): viivan keskikohta, jossa absorptio on suurinta. Esimerkiksi H-alfa-ytimen valo syntyy kromosfäärin ylemmistä kerroksista.
• Viivan siivet (engl. line wings): viivan keskiosasta sivulle (pidemmille ja lyhyemmille aallonpituuksille) levittyvät alueet. Siivet vastaavat matalammilla korkeuskerroksilla syntyvää säteilyä, kuten fotosfääristä ja alemmasta kromosfääristä.

Käytännössä kapeakaistaiset suotimet voidaan virittää joko viivan ytimeen (esim. H-alfa 656,28 nm) tai siipiin (esim. ±0,1 nm viivan keskustasta). Havaitsijan valinta määrittää, miltä korkeusalueelta tulevaa säteilyä havaitaan.

Jos aurinkokaukoputken suodin viritetään siten, että prominenssit ovat mahdollisimman kirkkaita, suodin on tällöin todennäköisesti viritetty juuri H-alfa -viivan ytimeen. Tällöin havaintokerros on kromosfäärin yläosissa, eikä alempien kerrosten ilmiöitä, kuten Ellermanin pommeja, ole havaittavissa.

Jos halutaan tarkastella spektrin siipiä ja niiden paljastamia matalampia rakenteita, viritystä pitäisi säätää esimerkiksi +0,05 nm, +0,1 nm tai jopa −0,1 nm viivan keskustasta. Tällöin alemmissa kerroksissa tapahtuvat ilmiöt kuten Ellermanin pommit voivat tulla näkyviin. Tarkan virityksen löytäminen edellyttää visuaalista tarkkailua: kun prominenssit alkavat himmentyä mutta fotosfäärin reuna-alueilla tai pilkkuryhmissä esiintyy paikallisia kirkastumia, ollaan todennäköisesti siipialueella.

Ellermanin pommit

Ellermanin pommit ovat pieniä, mutta voimakkaita kirkastumia, jotka esiintyvät tyypillisesti nuorilla aktiivisilla alueilla. Niiden koko on tavallisesti noin 1 – 2 kaarisekuntia ja kesto muutamasta kymmenestä sekunnista useisiin minuutteihin. Fysikaalisesti ne liittyvät matalalla tapahtuvaan magneettikenttien rekonnektioon (uudelleenkytkeytyminen), joka vapauttaa energiaa paikallisesti.

Tässä kuvassa on ympyröity niitä alueita, joissa Ellermanin pommeja esiintyy. Kuvaa otettaessa aurinkokaukoputken suodin oli viritetty vety-alfa -aallonpituudelle, jolloin mahdolliset Ellermanin pommit näkyvät hyvin heikkoina. Parempi viritys spektriviivan siivelle voisi tuottaa selkeämmän kuvan. Kuva © Kari A. Kuure.

Merkittävää Ellermanin pommeissa on niiden spektrinen luonne: ne eivät näy spektriviivan ytimessä, vaan ne näkyvät ainoastaan siivissä. H-alfa -ytimen absorptio kromosfäärissä estää matalalla syntyvän kirkastuman suoran havaitsemisen, mutta siipien aallonpituudet läpäisevät ylemmät kerrokset. Tästä syystä Ellermanin pommeja ei näe perinteisillä H-alfa -suodinvirityksillä (ytimessä), vaan havaintolaitteiston on kyettävä virittäytymään spektriviivan siipiin, esimerkiksi ±0,1 nm kohdalle.

Ellermanin pommit tapahtuvat noin 200 – 1 000 kilometrin korkeudella Auringon näkyvästä fotosfääripinnasta mitattuna. Tämä sijoittaa ne fotosfäärin yläosiin ja alempaan kromosfääriin. Ne eivät siis kuulu ylemmän kromosfäärin tai koronan ilmiöihin, vaan edustavat matalamman korkeusalueen nopeita energiapurkauksia, jotka jäävät monien suotimien ulottumattomiin.

Pommit eivät esiinny sattumanvaraisesti koko Auringon pinnalla, vaan ne rajoittuvat tiettyihin magneettisesti aktiivisiin rakenteisiin. Tällaisia rakenteita ovat:

• Nuoret pilkkuryhmät, joissa magneettikenttä on voimakkaassa muutostilassa
• Magneettiset neutraloidut linjat, joissa vastakkaisten polariteettien kentät kohtaavat
• Emergoivat magneettivuon alueet, joissa uusi magneettikenttä nousee pintaan

Nämä ympäristöt tarjoavat edellytykset pienimittakaavaiselle magneettiselle rekonnektiolle, joka on Ellermanin pommien syntymekanismin taustalla. Ellermanin pommi on siis lyhytaikainen ja mittakaavaltaan pieni flarepurkaus, joka esiintyy fotosfäärin yläosassa.

Havainnointi harrastajavälinein

Ellermanin pommien havaitseminen vaatii:

• kapeakaistaisen H-alfa-suodattimen, jossa on mahdollisuus virittää suodin siipien puolelle
• vakaat seeing-olosuhteet, erittäin hyvä läpinäkyvyys ja korkea kuvausresoluutio
• sarjakuvaus lyhyillä aikaväleillä, jotta pommin kehitys saadaan talteen

Vaikka havaintoon liittyy teknisiä haasteita, on Ellermanin pommi hyvä esimerkki siitä, miten kohteiden spektrinen sijainti vaikuttaa havaittavuuteen. Samaan aikaan se tarjoaa mahdollisuuden tutkia pienimittakaavaista dynamiikkaa aktiivisilla alueilla.

Yhteenveto

Spektriviivojen siivet ovat monelle aurinkoharrastajalle vähemmän tuttu havaintoulottuvuus, mutta niiden ymmärtäminen on keskeistä, kun tarkastellaan matalampien korkeuskerrosten ilmiöitä. Ellermanin pommit toimivat hyvänä esimerkkitapauksena siipien merkityksestä: ilman siipihavaintoja ilmiö jää näkymättömäksi. Tällaiset kohteet korostavat spektrisen selektiivisyyden roolia Auringon rakenteiden ja tapahtumien tulkinnassa.