Ilmiö Auringossa: Spikulat

KAK – Aurinkoa tarkastellessa huomio kiinnittyy helposti suuriin magneettisiin rakenteisiin: pilkkuihin, filamenteihin ja prominensseihin. Kromosfäärin reunalta löytyy kuitenkin vielä yksi ilmiö, joka on samanaikaisesti äärimmäisen yleinen ja silti pitkään huonosti tunnettu: spikulat.

Spikulat ovat ohuita, lyhytikäisiä plasmavirtoja, jotka sinkoutuvat kromosfääristä kohti koronaa. Ne näkyvät erityisen hyvin H-alfa -aallonpituudella Auringon reunalla, jossa ne muodostavat lähes jatkuvan, himmeän ja usein hieman epäselvän tekstuurin — ikään kuin Auringon reunalta kohoaisi ruohikkoa.

Tässä kuvassa spikulat on ”kaivettu” esiin kuvankäsittelyn menetelmin ja ne näkyvät vaaleana kerroksena Auringon kiekon reunalla. Spikuloiden kirkkaus on sen verran heikko, että niiden näkyminen H-alfa -aallonpituuden kuvissa vaatii oman valotuksen, joka on suunnilleen samaa luokkaa kuin prominensseille. Kuva © Kari A. Kuure.

Fysikaaliset perusmitat ja dynamiikka

Spikuloiden korkeudet vaihtelevat tyypillisesti 5 000 – 10 000 kilometrin välillä. Yksittäisen spikulan paksuus on vaatimattomampi: 300 –1 500 km. Useimpien spekuloiden kesto vain muutaman minuutin, ja monet niistä liikkuvat ylöspäin nopeudella 20 – 30 km/s. Spikulat ovat siis pienikokoisia, mutta erittäin dynaamisia.

Auringon reunalla arvioidaan olevan näkyvissä samanaikaisesti jopa 300 000 aktiivista spikulaa. Ne eivät ole satunnaisia ilmiöitä, vaan muodostavat jatkuvan ja organisoituneen osan kromosfäärin massaliikennettä.

Spikuloiden syntymekanismia ei ole vielä täysin ratkaistu. Tällä hetkellä tutkimuksessa erotetaan ainakin kaksi eri tyyppiä:

• Tyyppi I spikuloita selitetään akustisten tai magnetoakustisten aaltojen avulla, jotka nousevat fotosfääristä ja törmäävät ylärakenteisiin.
• Tyyppi II spikuloiden uskotaan syntyvän magneettikenttien uudelleenkytkennän seurauksena, jolloin vapautuva energia kiihdyttää plasmaa suihkumaisiin rakenteisiin.

Varsinkin tyypin II spikulat ovat erityisen nopeita ja lyhytkestoisia. Ne katoavat usein ilman havaittavaa putoamista, mikä viittaa siihen, että plasma saattaa lämmetä ja diffusoitua osaksi koronaa.

Tutkijoiden kiinnostus on kohdistunut spikuloihin myös siksi, että ne voivat osallistua Auringon koronan lämmitykseen. Joissakin malleissa spikulat eivät ainoastaan siirrä massaa ylöspäin, vaan myös energiaa, joka voi osaltaan selittää, miksi korona on huomattavasti kuumempi kuin alemmat kerrokset. Tämä ei kuitenkaan ole vielä ratkennut kysymys — osittain siksi, että spikuloiden tarkka lämpökehitys niiden esiintymisen aikana on vaikeasti mitattavissa.

 

Tämä kuva on otettu SOUP-instrumentilla ruotsalaisella 1 metrin aurinkoteleskoopilla (SST) La Palmalla (Espanja), ja siinä näkyy piikkejä lähellä Auringon reunaa. Spiculat ovat ohuita, pitkänomaisia, muutaman sadan kilometrin levyisiä suihkuja. Ne yltävät jopa 6 000 kilometrin korkeuteen ja voivat liikkua yli 100 km/s nopeudella. Spiculoita esiintyy kaikkialla Auringon pinnalla, mutta ne voidaan havaita helpoimmin lähellä Auringon reinaa. Kuva on otettu H-alfa -spektriviivan punaisessa siivessä Doppler-epäterävyyden ollessa +0,07 nm.

Laite: Kuvat: A.H: Ruotsalainen 1 m:n aurinkoteleskooppi / Solar Optical Universal Polarimeter (SOUP) / aallonpituus: H-alfan punainen siipi (656,30 + 0,07 nm).
Havainnointi ja tietojen vähentäminen : Oystein Langangen ja Luc Rouppe van der Voort (Oslon yliopisto, Norja).

Havainnointi harrastajavälineillä

Spikuloita ei näe valkoisessa valossa. Havainto edellyttää kapea-alaista H-alfa -suodatusta (alle 0,07 nm). Erityisesti läpinäkyvyys täytyy olla erinomainen sillä, jos näin ei ole, spikuloita ei saa ”kaivettua” edes kuvankäsittelyssä esille. Jotta spikuloista havaitsisi yksityiskohtia, suuri suurennus ja sen myötä erittäin hyvä seeing on välttämätöntä.

Auringon reunalla spikulat erottuvat taustataivasta vasten ohuina, lähes säikeenmuotoisina rakenteina, jotka nousevat ja katoavat minuuttien kuluessa. Kalsium-K -aallonpituudella spikuloihin liittyvä rakenteellisuus voi näkyä epäsuorasti, mutta kontrasti on selvästi heikompi.

Kuvauksessa haasteena on nopeus: rakenteet muuttuvat jatkuvasti, ja paras tulos saavutetaan lyhyillä valotusajoilla tai nopealla sarjakuvauksella (lyhyt video) ja jälkikäsittelyssä pinottujen ruutujen huolellisella dekonvoluutiolla. Riippuen käytetystä aurinkokaukoputkesta ja sen suodatuksesta, suodattimen virittäminen spikuloiden parhaan näkyvyyden takaamiseksi voi olla välttämätöntä.

Entä Auringon kiekolla?

Auringon kiekolla spikulat eivät erotu enää tummina tai vaaleina säikeinä samalla tavalla kuin reunalla, jossa ne piirtyvät tummaa taustaa (avaruutta) vasten. Kiekolla niiden taustana on kromosfääri, jolloin kontrasti katoaa ja yksittäiset spikulat sulautuvat ympäristöönsä.

Vaikka yksittäisiä spikuloita ei kiekolla näe, niiden yhteisvaikutus näkyy tietyissä olosuhteissa:

1. Tumma verkosto kiekolla ("chromospheric fibrils"): Spikuloiden kaltaisia rakenteita – fibrillejä – nähdään kiekolla H-alfa -aallonpituudella tummina, vaakasuuntaisina juovina erityisesti aktiivisilla alueilla. Nämä liittyvät mataliin magneettikenttiin ja voivat osin olla samaa ilmiökenttää kuin spikulat.
2. Hieno tekstuuri kiekolla: H-alfa -kuvissa kiekolla näkyy pistemäistä tai säikeistä tekstuuria. Osa tästä voi liittyä spikuloiden synnyttämiin massavirtoihin, vaikka yksittäisiä spikuloita ei erotetakaan.
3. Doppler-kuvaus ja spektrisiirtymät: Spikuloita voidaan havaita kiekolta Doppler-siirtymien avulla H-alfa -aallonpituuden siivissä (±0,05 nm tai enemmän). Nopeat nousevat tai laskevat spikulat synnyttävät pieniä kontrastieroja spektrilinjan siirtyneissä osissa, mutta havainto vaatii hyvin kapeakaistaisia suotimia tai spektrografin.
4. Ca(II)K ja IR-havainnot: Myös Ca(II)K -aallonpituudella voi näkyä spikuloihin liittyvää rakennetta, mutta tulkinta vaatii varovaisuutta, sillä kyseessä on kromosfäärin ja fotosfäärin välinen monimutkainen rajapinta.

Yhteenvetona: Auringon reunalla spikulat näkyvät parhaiten, kiekolla niiden vaikutus näkyy epäsuorasti rakenteellisina ja spektrisinä piirteinä. Havaitsemiseen kiekolla tarvitaan joko erittäin kapeakaistasta suodatusta, hyvä spektrinen erotuskyky tai edistynyt kuvankäsittely.

Miksi ne kiinnostavat?

Spikulat ovat pieniä mutta mahdollisesti ratkaisevia palasia Auringon energiataseessa. Ne eivät ole yhtä näyttäviä kuin prominenssit, filamentit, flarepurkaukset tai CMEt, mutta juuri siksi niitä kannattaa katsoa tarkemmin. Auringon dynamiikka ei tapahdu pelkästään suurten rakenteiden kautta — vaan myös näiden jatkuvasti syntyvien ja katoavien, pienten suihkujen muodossa.