Słoneczna erupcja wywołana przez komę

Słoneczna erupcja wywołana przejściem komety

23 grudnia 2004

Frédéric Deroche poinformował mnie o stronie:

http://www.jmccanneyscience.com

która należy do Jim Mac Canney, który pokazuje interesujące filmy dotyczące przejść komét w pobliżu Słońca. Te obrazy zostały zrobione za pomocą koronografu – prostego urządzenia, w którym obraz Słońca jest zasłonięty przez dysk umieszczony na końcu pręta (widocznego). Wtedy widać strukturę korony słonecznej. Kometa to bardzo mała masa w skali Słońca. Kometa Halley ma rozmiary zbocza i jest mniej masowa. Zatem efekt grawitacyjny czy przypływowy można uznać za znikomy. Jednak kometa, zbliżając się do Słońca, przechodzi przez bardzo intensywny wiatr słoneczny. Można więc przypuszczać, że nabywa ona znaczną ładunek elektryczny. W filmie można zobaczyć, że w momencie, gdy kometa znajduje się bardzo blisko Słońca, wybuchają bardzo silne erupcje słoneczne. Można przypuszczać, że wyzwalaczem mogłoby być zjawisko elektromagnetyczne. Oto kilka obrazów wyjętych z filmu:

Zaledwie przed wywołaniem zjawiska

Bardzo szybki początek erupcji słonecznej

Przed zakończeniem erupcji

Kometa oddala się

Obejrzyj film (mpeg 2 megabajty)

Chodzi tu o słoneczną erupcję wywołaną. Wiadomo, że mają one wpływ na klimat Ziemi. Nie jest wykluczone, że odłamki obiektu, który został rozszczepiony przez przypływy, mogłyby kiedyś w dużych ilościach wzbudzić Słońce, nadając mu tymczasową, ale może bardzo intensywną, nawet szkodliwą aktywność. Zjawiska te są dość słabo poznane, podobnie jak słabo oceniamy interakcje typu elektromagnetycznego między planetami a obiektami przypadkowymi. Z badań paleomagnetycznych wynika, że występowały bardzo silne zmiany geometrii pola magnetycznego Ziemi. Na co mogłyby się one być spowodowane? Najpierw warto przypomnieć jedną rzecz: źródło pola magnetycznego Ziemi nadal pozostaje nieznane. Czytelnik pewnie słyszał już o „efekcie magnetycznym”. To nadal... tylko słowo. Przez kilka lat temu uczestniczyłem na konferencji w Marsylii, którą wygłosił astrofizyk specjalizujący się w takich badaniach. Po jej zakończeniu stało się jasne, że w ciągu pół wieku teoretycy nie postępowali o krok. Skoro nie wiemy, dlaczego Ziemia posiada pole magnetyczne, jak moglibyśmy wyobrazić sobie zjawisko, które mogłoby je odwrócić?

Osobiście sądzę, że znamy bardzo częściowo obiekty składające się na Układ Słoneczny. Mamy dane o obiektach, które spokojnie krążą po swoich orbitach: planetach i ich satelitach, ale nie wiemy wiele o potencjalnych obiektach przypadkowych, które mogą powodować zakłócenia. Wiemy jednak z badań J.M. Souriau, że do czego dąży Układ Słoneczny: do stanu rozluźnionego, w którym również pojawia się liczba złota. W tym rozluźnionym stanie planety dążą do zlokalizowania się w jednym płaszczyźnie – płaszczyźnie ekliptyki. Orbita się okrągla. Obracają się spinami planet i ich satelitów. Decydują tu przede wszystkim efekty przypływowe, rozpraszające, niestety trudne do oceny i modelowania. Przeprowadzono analizy Układu Słonecznego z dużą pomocą komputerów, traktując planety i inne obiekty jako sfery o stałej gęstości. Wtedy „zjawiska chaotyczne” mogą powodować odchylenie osi planet itd. I stwierdzono, że życie nie mogłoby się rozwijać na planecie, która nie ma satelity, jak nasza, ponieważ „zjawiska chaotyczne” mogłyby powodować niemożliwe do przewidzenia odchylenia osi obrotu.

Zgadzam się z Souriau, który mówi, że ta metoda nie jest poprawna, ponieważ nie uwzględnia zjawisk rozpraszających. Co to znaczy? Weźmy najpierw przykład układu podwójnego, który zakładamy z góry nie rozpraszający. Jest to para Pluton-Charon. Te ciała krążą wokół wspólnego środka ciężkości „patrząc się w oczy”, w sposób „prawie stacjonarny”. Każde ciało deformuje drugie w sposób elipsoidalny, którego dłuższa oś wskazuje w stronę drugiego ciała.

Jednak jeśli chodzi o ciała krążące wokół wspólnego środka ciężkości i mające własne ruchy obrotowe, to ich powierzchnia, a nawet cała masa są przemieszczane przez coś, co można nazwać „falą gęstości”. To... trochę niejasne. Księżyc deformuje powierzchnię Ziemi, tworząc falę o amplitudzie jednego metra (która okrąża Ziemię w ciągu 24 godzin). Księżyc stale nadaje Ziemi kształt wydłużonego elipsoidu. Gdyby Księżyc krążył w odległości 40 000 km od Ziemi, byłby geostacjonarny. Fala na Ziemi byłaby stacjonarna i nie byłoby rozpraszania energii. Ale to nie jest przypadek. Księżyc krąży wokół Ziemi w ciągu 28 dni, podczas gdy Ziemia obraca się wokół własnej osi... 28 razy szybciej. Zatem „fala” na Ziemi porusza się razem z nim. Dodatkowo ten lekki dipol zmienia tor Księżyca, podobnie jak kierowca na karuzeli, który ciągnie za smycz konia, by go zmusić do przyspieszenia. Ziemia przekazuje energię Księżycowi, który oddala się od nas o 4 cm rocznie. Odwrotnie, nasz satelita spowalnia ruch obrotowy Ziemi. Dni były krótsze w przeszłości.

Ruch względny tej fali gęstości, tej fali, która przesuwa się po Ziemi w ciągu 24 godzin, oznacza mieszanie, zatem nagrzewanie i na końcu rozpraszanie energii przez promieniowanie.

Oba ciała oddziałują na siebie. Obecnie Księżyc wykonuje ruch oscylacyjny, zwany libracją, dzięki któremu widzimy nie 50%, ale 59% jego powierzchni. W przeszłości Księżyc prawdopodobnie obracał się wokół własnej osi. Jeśli powstał jako materiał wyrzucony podczas kolizji z Ziemią, miał może magmę, albo przynajmniej jego płynność mogła być większa. Rozwój układu Ziemia-Księżyc nadal wymaga modelowania. Faktycznie od stosunkowo niedawna hipoteza o powstaniu Księżyca po kolizji Ziemi z ciałem o wielkości Marsa zyskała na popularności. Rozkład masy Księżyca nie ma symetrii sferycznej. Księżyc ma „ciężar”. To pasuje do hipotezy, że gdy Księżyc się tworzył, mógł być obiektem stosunkowo płynnym. Wtedy najgęstsze gatunki mogłyby się przemieszczać ku jego centrum i dodatkowo ku stronie skierowanej ku Ziemi. Później magmę księżycową nie mogło inaczej niż się ochłodzić, aż do zastygnięcia, co potwierdza brak sejsmiczności księżyca.

Wróćmy do Układu Słonecznego. Io krąży bardzo blisko Jowisza i również obraca się wokół własnej osi. Jowisz dąży do nadania Io lekko eliptycznego kształtu (zawsze w wydłużonym elipsoidzie). Obrót Io powoduje mieszanie ciała. Tam zjawisko rozpraszające jest od razu widoczne: utrzymuje intensywny wulkanizm na Io. Magmę Io nie grozi zimnieniem, ponieważ ciągle jest odżywiana energią przez „mieszanie” wywoływane codziennie przez Jowisza (w tempie obrotu Io wokół własnej osi, co trwa 1,77 dnia ziemskiego). Astronomowie sądzą, że „mieszanie” Io może być również spowodowane obecnością jego „kuzynów” – Europy i Ganimedesa.

Zjawiska rozpraszające prowadzą systemy do stanów, w których wymiana energii jest minimalna. Gdyby układ planetarny składał się z gwiazdy i dwóch planet krążących wokół niej z okresami T1 i T2, to oddziaływałyby one wykorzystując płynny materiał gwiazdy jako „antennę”. Deformowałyby powierzchnię gwiazdy, co zmieniałoby geometrię pola grawitacyjnego. Układ ewoluowałby, aż okresy orbit odpowiadałyby minimalnej wymianie energii, czyli aż proporcje okresów odpowiadały „najmniej rezonującemu” liczbie, znanej jako liczba złota.

Jeśli układ składa się z wielu planet, zjawiska rozpraszające dążą do umieszczenia planet na orbitach kołowych, rozłożonych nie według prawa Titusa-Bodego (które jest przybliżeniem), ale według złotej reguły Souriau:

1,9n

Prawo Titusa-Bodego brzmi:

2,4 (0,4 + 0,3 × 2n)

Poniżej porównanie obu praw:

Prawa, w współrzędnych logarytmicznych.

Jednak Układ Słoneczny nie odpowiada dokładnie tym prawom. Istnieją odchylenia. Układ posiada pasa asteroid. Pluton krąży w płaszczyźnie znacznie różnej od ekliptyki. Orbita Uranu jest całkowicie położona w tej płaszczyźnie itd. Skąd to się bierze? Od kiedy to trwa? Nic o tym nie wiemy, podobnie jak nie znamy wieku... pierścieni Saturna. Wiemy tylko, że pierścienie te znajdują się wewnątrz sfery Roche’a planety, czyli obszaru, w którym ciało, którego składniki są połączone tylko siłami grawitacji, zostanie rozłożone. Saturn ma średnicę 120 660 km. Średnica jego sfery Roche’a wynosi zatem 2,5 × 10 660 = 300 000 km. Faktycznie, średnica pierścienia D, odkrytego w 1969 roku przez francuskiego astronoma Pierre’a Guérina w teleskopie na Pic du Midi, znajduje się w odległości 141 000 km od środka Saturna. Możliwe więc, że pierścienie są pozostałością jednego lub kilku satelitów, które, z powodu zużycia swoich orbit, weszły do tego obszaru i zostały rozdrobnione. Ale kiedy? Tajemnica. Pierścienie Saturna mogą mieć dziesięć tysięcy lat lub miliardy lat.

Warto zdawać sobie sprawę z naszej niewiedzy. Podobnie nie wiemy dokładnie, jak powstał Układ Słoneczny, czy też nie. Wymyślanie słów nigdy nie zamknie problemu. Pamiętam, że mniej niż dziesięć lat temu Pierre Guérin mówił mi: „Wiesz, jeśli będziesz mówił wszędzie, że Słońce urodziło się w gromadzie gwiazd, zaczniesz się niepodobny”. Wówczas dominującą teorią była hipoteza o samotnym urodzeniu. Dlaczego? Kto wie. Pewnie „efekt konsensusu”. Pewnego dnia dziennikarz naukowy Serge Jodra opublikował artykuł w „Ciel et Espace” o tytule „Gdzie są siostry Słońca”. Dziś konsensus zmienił się na korzyść hipotezy o urodzeniu Słońca w gromadzie gwiazd. Ile ich było, jakie miały masy? Trudno powiedzieć. Jodra wymienił liczbę dwustu, po prostu tak.

Można sobie wyobrazić, że w młodej gromadzie tego typu oddziaływania między niedawnymi obiektami, w postaci protogwiazd, mogły być intensywne. Z dwoma skrajnymi mechanizmami: „kanibalizmem” i efektem rzutu. Kanibalizm jest łatwy do wyobrażenia. Efekt rzutu nadaje najlżejszym obiektom nadmiar prędkości, który może je wyrzucić poza gromadę (tak samo jak Układ Słoneczny wyrzucił najmniejsze odłamki, które albo zaginęły w materii międzygwiazdowej, albo stały się częścią odległej okolicy, gdzie „żyją” komety i asteroidy). W tej perspektywie, wracając do dynamiki gromady, najlżejsze gwiazdy mogłyby opuścić ją najpierw. To byłoby wyrazem tendencji ku równowadze termodynamicznej. Te protoukłady słoneczne zachowują się jak cząsteczki gazu. Ich oddziaływania z wymianą energii kinetycznej dążą do uzyskania rozkładu prędkości w kształcie krzywej Gaussa, w kształcie dzwonu, zatem z szybkimi obiektami, które... opuszczają gromadę. Dodajmy efekt ścinania spowodowany obrotem gromady wokół galaktyki. W końcu gromada zaczyna się deformować jak kropla atramentu wyrzucona na powierzchnię rotującego płynu.

Zderzenia między protoukładami słonecznymi przekazują obłokom gazowym i pyłowym moment pędu, który te układy zachowują, gdy gwiazdy rozprzestrzeniają się po całym obszarze galaktyki.

To, czego nie wiemy, ale co wyobrażam sobie dość dobrze, to intensywne zjawiska elektromagnetyczne, które mogły panować w tych protoukładach planetarnych, gdy obiekty elektryzowały się, przechodząc przez pył. Gdy Układ Słoneczny się tworzył, protoplanety musiały krążyć w chmurze pyłu i cząsteczek, w której mogły się wydarzać burze, których intensywność mogła przekroczyć nasze wyobrażenia.

W swoim artykule Jodra sugerował, że pierwotna gromada, z której wyłoniło się nasze Słońce, mogła zawierać jedną lub kilka masywnych gwiazd o krótkim czasie życia – te same, które jak kosmiczne spory dostarczyły innym protogwiazdom ich zapas pyłu, przeznaczony do późniejszego tworzenia planet ziemskich. Gdy gwiazdy o masie 20 i więcej mas Słońca wybuchają, trudno powiedzieć, co stanie się z ich żelaznym jądrem. Gdy gwiazda SN 1987A wybuchła, jedyna supernowa, którą można było obserwować „z bliska”, w chmurze Magellana, galaktyce bardzo bliskiej naszej, jej pozostałość, przypominająca dwa piękne kłęby dymu, zaskoczyła astrofizyków. Tak więc supernowa, która wybuchła, może wysłać w przestrzeń... wszystko, nawet duże odłamki żelaza. Jeden z nich mógłby, jak mi się wydaje, stanowić obecne żelazne jądro Ziemi.

Jaka jest wartość pola magnetycznego panującego w centrum masywnej gwiazdy? Prawdopodobnie jest duża, skoro pulsary są uważane za odsłonięte jądra masywnych gwiazd. Stając się gwiazdami neutronowymi, te obiekty obracają się bardzo szybko. Emitują fale elektromagnetyczne. Dlaczego? Ponieważ obracający się dipol magnetyczny promieniuje. Jeśli jądro żelazne masywnej gwiazdy nie przekształciło się w gwiazdę neutronową, mogło się rozbić na wiele fragmentów. Czy to może być przyczyną żelaznych meteorytów? Czy gęste jądro Ziemi to kolizja między „normalną” Ziemią, której magmę spokojnie chłodzono, a fragmentem jądra masywnej gwiazdy? W takim przypadku, czy pole magnetyczne Ziemi nie byłoby po prostu momentem magnetycznym kawałka żelaza połowanego przez młodą Ziemię? Nic nie nakazuje, by ten moment magnetyczny pokrywał się z osią obrotu Ziemi, ale można przypuszczać, że oddziałując z magmą, oba spiny dążyły do ułożenia się równolegle.

Wszystko to daje wiele „jeśli” i dużo materiału do rozważań dla planetologów. Można również wyobrazić sobie, że Układ Słoneczny był czasem odwiedzany przez odłamki żelaza, pozostałości jądra masywnej gwiazdy, która wybuchła. Te fragmenty mogłyby mieć wystarczająco silny moment magnetyczny, by podczas swojego przejścia wywołać odchylenie biegunów magnetycznych Ziemi, nawet jeśli efekty przypływowe spowodowane stosunkowo małą masą tych obiektów miałyby znikomy wpływ na planetę poza silną zmianą jej geometrii magnetycznej.

To właśnie to przypomina mi film przedstawiający słoneczną erupcję wywołaną dotknięciem miniaturowej komety: scenariusz, w którym efekt elektromagnetyczny dominuje nad czysto grawitacyjnym, przypływowym efektem.

Znamy tzw. „precesję równonocy”, odkrytą przez Hiparcha w II wieku przed naszą erą. Oś obrotu Ziemi obraca się, opis