Mágneses szektorok sodródása és gyors napszél nyalábok

Az Ulysses szonda 1992. februárban találkozott a Jupiterrel, kilépett az ekliptikából és megkezdte a déli pólus felé tartó útját. A (4.1) ábrán feltüntetett napfoltszám görbén látszik, hogy ebben az időszakban már túljutottunk a napaktivitás maximumán, megkezdődött a napciklus leszálló ága. Ilyenkor várható, hogy az áramlepel hullámossága csökken és a lepel lassan az egyenlítő felé közelít, miközben a szonda ellentétes irányban, a déli pólus felé halad. A két ellentétes mozgás a szektorok elvesztést eredményezte, amit a következő alfejezetben fogok tárgyalni. Érdemes azonban a szektorok elvesztését megelőző időszakot részletesebben is megvizsgálni,

hiszen ez volt az első eset, amikor az időbeli változás mellett a megfigyelő heliografikus szélességének változása is befolyásolhatta a megfigyeléseket. A (4.4) ábra a szonda fellövésétől 1993. őszéig mutatja a mágneses szektorokat, hasonló módon mint a (4.1) ábrán. A (4.3) ábrához hasonlóan itt is végeztem összehasonlítást a Wilcox Solar Observatory forrásfelület térképével, de most a modellből számított szektorhatárt rárajzoltam az Ulysses mérési eredményekre.

A fellövés után rövid ideig négy szektor volt tapasztalható, majd 1991. februártól a Jupiter találkozó utánig, 1992. nyárig két szektort lehetett megfigyelni (Balogh et al., 1993). A két szektor visszatérését mintegy 18 napfordulaton keresztül lehetett követni.

4.4 ábra. A helioszféra mágneses terének szektor szerkezete. Ulysses megfigyelések a 22. napciklusban, a fellövéstől 1993. októberig. Zöld vonal a Wilcox Solar Observatory korona modelljének pozitív és negatív mágneses szektorokat elválasztó vonalja az Ulysses helyén.

Mivel a visszatérő szektorok a (4.4) ábrán egymás alatt helyezkedtek el, a szektorok mereven a Nap egyenlítői forgásával mozogtak. 1992. nyarán a két szektoros minta hirtelen megváltozott. Addig a pozitív és negatív szektorok közel egyenlő hosszúságot foglaltak el. A változás után a negatív szektor dominánssá vált. A keskeny tartományt lefedő pozitív szektor a sziderikus egyenlítői forgáshoz képest lassabban mozgott, a periódus mintegy két nappal megnőtt, a szektor kelet felé sodródott. A változás akkor következett be, amikor az Ulysses elkezdett déli irányban mozogni (lásd a jobb oldali skálát). Joggal gondolhatnánk, hogy a szektorok sodródása összefügghet a Nap differenciális rotációjával, amely szerint nagyobb szélességen a napfoltok forgási periódusa nagyobb. Ez azonban valószínűtlen. Az egyik érv az, hogy a szektorok sodródása változatlan sebességgel történt egy éven keresztül, ezalatt az Ulysses heliografikus szélessége 10°-ról 30°-ra nőtt, de nem látszik, hogy a sodródás mértéke követné a megfigyelő helyzetének változását. A szektor szerkezet megváltozása hirtelen következett be és egy nagy koronatömeg kilökődéssel (CME) hozható kapcsolatba, ami átrendezte a korona mágneses terét. Az Ulysses mágneses tér mérésekből is kimutatható a CME-hez társult mágneses felhő, ami a térerősség vektor lassú forgásában nyilvánul meg. A (4.5) ábra bal oldalán a mágneses térrel párhuzamos egységvektorok vetülete látható az RT síkon az 1992. július 16. és július 20. közötti időben (198-202 napok között). A jobb oldalon a hodogram a mágneses térerősség vektor változását mutatja a minimum varianciára merőleges síkban, itt különösen jól látszik a mágneses tér lassú elfordulása. (A minimum variancia meghatározásának módszerét később az 5.4 fejezetben részletesebben ismertetem).

A (4.6) ábrán kissé nagyobb léptékben mutatom néhány fontos paraméter idősorát. A vizsgált időszak az ekliptikából való kilépéstől (Jupiter találkozó, 1992. február) az első déli pólusátmenetig (1994 vége) terjedő időszak, a felső vízszintes skálán látszik a heliografikus szélesség növekedése. A (4.6) ábra alsó paneljén megfigyelhetjük, hogy 1992. júliusától, a CME után megváltozott a napszélsebesség. A korábbi csak lassú napszél mellett megjelentek a Nappal együttforgó gyors napszélnyalábok. A visszatérő gyors napszélnyalábok több, mint egy éven keresztül nyomon következtethetők voltak, és csak akkor tűntek el, amikor a szonda túljutott a kb. 40°-os déli szélességen. A Nap forgásával váltakozó lassú és gyors napszélnyalábok modulálják az energikus részecskék fluxusát, ezt jól látszik a felső panel (1-3 MeV energiájú protonok fluxusa) és az alsó panel (napszélsebesség) összevetéséből. Az Ulysses szonda egyik

4.5 ábra. Mágneses tér egységvektorok vetülete az RT síkra, Ulysses mérések 1992. júl. 16−20 között (198-202 nap). Jobbra: hodogram, mágneses tér vektorok a minimum varianciára merőleges síkban.

legmeglepőbb felfedezése az volt, hogy a részecskefluxus modulációja folytatódott azután is, amikor a napszélsebességben már eltűnt a 26 napos periodicitás (Simpson et al., 1995, McKibben et al., 1995b, Kunow et al., 1995, Keppler et al., 1995). A részecskefluxusban a Nap forgásának hatását két éven keresztül, a 70°-os déli szélességig lehetett követni.

A felfedezés magyarázata komoly erőfeszítést váltott ki (Kóta and Jokipii, 1995). A probléma az, hogy a töltött részecskék követik a mágneses erővonalakat, azonban mindegyik erővonal egy meghatározott szélességre korlátozott (a (2.14) egyenlet szerint, valamint az egyenlet későbbi részletezésének illusztrációjául szolgáló (4.17) ábra szerint mindegyik erővonal egy adott szélességhez tartozó kúpon helyezkedik el.

Így nem érthető, hogy a 70°-os szélességen megfigyelt részecskék mozgását hogyan befolyásolja a csak 40°-os szélességig kiterjedő gyors és lassú napszélnyalábok váltakozása. Az egyik lehetséges magyarázat szerint nagy heliografikus szélességen fel kell adnunk a mágneses erővonalak (2.14) egyenlettel leírt egyszerű spirál alakját (Fisk,

4.6 ábra. 1-3 MeV energiájú protonfluxus (felső panel), mágneses tér és Parker spirál közötti szög koszinusza (középső panel) és a napszél sebessége (alsó panel).

Ulysses mérések 1992-től 1994 végéig.

1996) és olyan erővonalakat kell elképzelnünk, amelyek nagyobb szélességi tartományt fednek le. Másik magyarázat az lehet, hogy a részecskék nem követik jól a mágneses erővonalakat, mert az azokra merőleges diffúziós mozgás jelentős. A disszertáció 6.

fejezetben a merőleges diffúzió egy lehetséges okával fogok foglalkozni.

Összefoglalva az eddigieket, az 1992. júliusában megfigyelt CME átrendezte a korona mágneses terét. A (4.4) ábrán jól kivehető, de a (4.6) ábra középső paneljén is látható, hogy a negatív mágneses szektor vált dominánssá. Ettől az időtől kezdve figyelhető meg a szektorok sodródása, valamint megjelentek a korotáló gyors napszélnyalábok. Időben tovább haladva majdnem egy évet, 1993. májusában egy másik fontos változás következett be. A lassú, 400 km/s sebességű napszél megszűnt, a sebesség már nem lett 650 km/s értéknél kisebb. Ugyanebben az időben figyelhetjük meg a mágneses szektorok eltűnését, ezt a következő alfejezetben részletezem.