ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ
ΤΟΜΕΑΣ ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗΣ, ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ
Ξενοφών Διον. Μουσάς
Αναπληρωτής καθηγητής Φυσικής Διαστήματος
Διευθυντής Εργαστηρίου Αστροφυσικής.
Έρευνα και Εκπαίδευση στη
Διαστημική Φυσική
21/5/2000
Έρευνα
και Εκπαίδευση στη Διαστημική Φυσική στο Πανεπιστήμιο Αθηνών
Η ανθρωπότητα εισήλθε
στην διαστημική εποχή το 1957. Από δεκαετίες ένα σημαντικότατο ποσοστό των
ανθρωπίνων δραστηριοτήτων συνδέεται αμέσως ή εμμέσως με τα διαστημικά.
Η Έρευνα στη Διαστημική Φυσική άρχισε στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών το 1971. Το μάθημα της Φυσική
Διαστήματος άρχισε να διδάσκεται το επόμενο έτος, νωρίτερα από τα
περισσότερα πανεπιστήμια όλης της Γης. Από τότε έχουν παρακολουθήσει το μάθημα
της Φυσικής Διαστήματος χίλιοι περίπου φοιτητές. Το Εθνικό και Καποδιστριακό
Πανεπιστήμιο Αθηνών έχει ενεργό και επιτυχή παρουσία στα διεθνή δρώμενα στα
διαστημικά με συμμετοχή σε διαστημικά πειράματα (πείραμα EPAC/Keppler/Ulysses, πείραμα WAVES στο διαστημόπλοιο WIND, της NASA πειράματα SWAVES στα διαστημόπλοια STEREO της NASA, κατασκευή της μαγνητικής ασπίδας της U.K. wide field camera του διαστημικού τηλεσκοπίου
ακτίνων Χ ROSAT, που μελέτησε με επιτυχία το
Σύμπαν σε ακτίνες
Χ) και το γαλλοελληνικό ραδιοτηλεσκόπιο-ηλιακό
ραδιοφασματοφράφο ARTEMIS IV που λειτουργεί
στο Δορυφορικό Σταθμό του ΟΤΕ στις Θερμοπύλες.
Το Εθνικό και Καποδιστριακό
Πανεπιστήμιο Αθηνών με την έρευνα και την διδασκαλία συμβάλλει
σημαντικότατα στην εκπαίδευση επιστημόνων αρτίως προετοιμασμένων στα διαστημικά
Στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών έχουν εκπονηθεί δέκα περίπου
Διδακτορικές Διατριβές και πολλές διατριβές Μεταπτυχιακού Διπλώματος
Εξειδίκευσης σε διαστημικά θέματα. Συχνά έχουμε και την μερική επίβλεψη
διδακτορικών που εκπονήθηκαν ή εκπονούνται σε ξένα πανεπιστήμια.
Οι φοιτητές μας έχουν
συμβάλλει επιτυχώς στην διαστημική έρευνα και τα αποτελέσματά τους έχουν
παρουσιασθεί σε μερικές δεκάδες ερευνητικές εργασίες που έχουν δημοσιευθεί σε
διεθνή επιστημονικά περιοδικά με κριτές και έχουν παρουσιασθεί και δημοσιευθεί
σε πολλά εθνικά και διεθνή συνέδρια ανά την υφήλιο. Φοιτητές μας εργάζονται
στον ακαδημαϊκό χώρο και σε βιομηχανίες, στην Ελλάδα και στο εξωτερικό.
Η έρευνα στην
Φυσική Διαστήματος που διεξάγεται στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο
Αθηνών καλύπτει πολλούς τομείς:

Μαγνητοϋδροδυναμική: Μελέτες της μακροδομής και μικροδομής
του στεμματικού και διαπλανητικού πλάσματος, φασματική ανάλυση, μελέτη της
πόλωσης μαγνητοϋδροδυναμικών κυμάτων σε σωλήνες ροής, χαοτική ανάλυση των διαπλανητικών
μετρήσεων αλλά και του περιβάλλοντος των κομητών, χρησιμοποιώντας
μετρήσεις από διάφορα διαστημόπλοια και από την ARTEMIS. Σε όσα ακολουθούν
γίνεται μία γνωριμία με τα αντικείμενα της διαστημικής έρευνας και του Ηλίου
που είναι το κοντινό μας άστρο που είναι υπεύθυνο για το διαστημικό μας
περιβάλλον.
Ο Ήλιος είναι το μόνο άστρο που αληθινά επηρεάζει τη ζωή μας,
μέρα και νύκτα, ακόμη και τις νεφοσκεπείς ημέρες, αλλά και τις νύκτες. Η
ακτινοβολία του Ηλίου παρέχει σχεδόν όλη την ενέργεια που χρησιμοποιούμε στη
Γη. Ακόμη και ο άνεμος και τα νέφη είναι αποτέλεσμα της επίδρασης της ηλιακής
ενέργειας στη Γη. Από την ηλιακή ακτινοβολία προέρχεται η αιολική ενέργεια, ο
κύκλος του νερού, η βιολογική ενέργεια, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, ο
άνθρακας και σχεδόν όλη η ενέργεια στο ηλιακό σύστημα. Εξαίρεση αποτελεί η
βαρυτική ενέργεια που προέρχεται από την αμοιβαία έλξη των μαζών από τις οποίες
έγιναν οι πλανήτες και ο Ήλιος πριν από 5 δισεκατομμύρια έτη. Εξαίρεση αποτελεί
και η πυρηνική ενέργεια που παράγεται από χημικά στοιχεία που δημιουργήθηκαν ως
αποτέλεσμα εκρηκτικών φαινομένων που έγιναν κατά τον θάνατο ορισμένων μεγάλων
άστρων.
Ο Ήλιος είναι ένας
συνηθισμένος νάνος αστέρας δεύτερης γενιάς που παράγει ενέργεια από σύντηξη
υδρογόνου στο εσωτερικό του. Ο Ήλιος, οι πλανήτες, οι κομήτες και οι μετεωρίτες
αποτελούνται από την ίδια αρχική ύλη με την ίδια περίπου αναλογία χημικών στοιχείων,
με εξαίρεση τα ελαφρά στοιχεία, υδρογόνο και ήλιο που αφθονούν στον ήλιο και
στους τέσσερις γίγαντες πλανήτες. Η θερμοκρασία στα στρώματα της ατμόσφαιράς
του Ηλίου από τα οποία προέρχεται η ακτινοβολία που μας φωτίζει και μας
θερμαίνει είναι γύρω στους 5700Κ. Ωστόσο λίγο πιο ψηλά, στην αραιότατη επέκταση
της ηλιακής ατμόσφαιρας προς το διάστημα η οποία ονομάζεται στέμμα του Ηλίου,
η θερμοκρασία ανεβαίνει δραστικότατα και γίνεται πάνω από ένα εκατομμύριο
βαθμούς Kelvin.
Έκτακτα ηλιακά φαινόμενα
Κάθε τόσο συμβαίνουν
εκλάμψεις και άλλα εκρηκτικά φαινόμενα πάνω στον Ήλιο. Αυτά τα εκρηκτικά
φαινόμενα επηρεάζουν ιδιαιτέρως τις συνθήκες που επικρατούν στο διαπλανητικό
διάστημα. Την μεγαλύτερη επίδραση στο διαπλανητικό χώρο και τους πλανήτες έχουν
οι εκπομπές στεμματικού υλικού. Ο Ήλιος έχει ένα ασθενικό
διπολικό μαγνητικό πεδίο. Σε ορισμένες περιοχές του Ηλίου το μαγνητικό πεδίο
πυκνώνει πολύ και δημιουργούνται έντονα μαγνητικά πεδία με πολύπλοκες δομές.
Συχνά τα έντονα μαγνητικά πεδία αναδύονται από την επιφάνεια του Ηλίου και
σχηματίζουν τις κηλίδες του Ηλίου, όπως και βρόχους που ονομάζονται προεξοχές
που συγκρατούν υλικό μέσα σε ισχυρά μαγνητικά πεδία.
Εκτοξεύσεις στεμματικού υλικού
Οι μαγνητικοί βρόχοι συνήθως
είναι σταθεροί για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Ωστόσο οι μαγνητικοί βρόχοι
γίνονται κατά καιρούς ασταθείς και εκρήγνυνται. Το υλικό τους εκτοξεύεται βαθμιαία στο
διάστημα με μεγάλη ταχύτητα, ή ενσωματώνεται μέσα στον ταχύ ηλιακό άνεμο που
προέρχεται από τις στεμματικές οπές του Ηλίου και κυρίως από τις πολικές
στεμματικές οπές που είναι οι σημαντικότερες πηγές του ηλιακού ανέμου σχεδόν σε
όλες τις φάσεις του κύκλου της ηλιακής δραστηριότητας με εξαίρεση την περίοδο
του μεγίστου.
Ο ενδεκαετής κύκλος της ηλιακής δραστηριότητας
Ο Ήλιος μοιάζει να
είναι πάντα ο ίδιος, χειμώνα και καλοκαίρι, πρωί και βράδυ. Οι άνθρωποι αγαπούν
την σταθερότητα. Στην φύση και στην κοινωνία ωστόσο όλα μεταβάλλονται συνεχώς
και όχι πάντοτε όπως θα επιθυμούσαμε. Η μορφή του Ηλίου αλλάζει συνεχώς. Στην
επιφάνειά του εμφανίζονται οι ηλιακές κηλίδες που είναι σκοτεινές
περιοχές με έντονο μαγνητικό πεδίο όπου η θερμοκρασία τους είναι χαμηλότερη
από τις γύρω περιοχές κατά 2000Κ.
Κατά καιρούς, συχνά
στην περιοχή πολύπλοκων κηλίδων, συμβαίνουν εκρηκτικά όσο και φαντασμαγορικά
φαινόμενα πάνω στον Ήλιο. Τέτοια φαινόμενα είναι οι εκλάμψεις που είναι
εκρήξεις πάνω στον Ήλιο, κατά τις οποίες ενέργεια που είχε συσσωρευτεί στα
μαγνητικά πεδία των κηλίδων εκλύεται δημιουργώντας φωτεινά φαινόμενα που
διαρκούν μέχρι λίγες ώρες. Οι εκτοξεύσεις στεμματικού υλικού είναι ακόμη
πιο εντυπωσιακά φαινόμενα κατά τα οποία υλικό εκτοξεύεται στο διάστημα με
ταχύτητα που αυξάνει με την απόσταση. Το υλικό που βρισκόταν για μεγάλα χρονικά
διαστήματα παγιδευμένο σε διπολικούς σχηματισμούς μαγνητικών πεδίων σε μία
σχεδόν σταθερή κατάσταση οδηγείται σε έκρηξη λόγω ασταθειών που δημιουργούνται
από την εξέλιξη των μαγνητικών πεδίων στον Ήλιο.
Ο αριθμός, η έκταση
και η θέση των ηλιακών κηλίδων μεταβάλλεται με τον χρόνο με περιοδικότητα 11
ετών. Οι κηλίδες εμφανίζονται σε δύο ζώνες με ηλιογραφικά πλάτη που
μεταβάλλονται βαθμιαία με τον χρόνο. Οι κηλίδες σχηματίζονται συνήθως κατά
ζεύγη, παράλληλα προς τον ισημερινό του Ηλίου. Το μαγνητικό πεδίο της κηλίδας
είναι πάρα πολύ εντονότερο από το πεδίο του περιβάλλοντος μέσου Ηλίου, συχνά
χιλιάδες φορές εντονότερο από το γενικό διπολικό πεδίο του Ηλίου που στους
πόλους έχει ένταση γύρω στο 1 Gauss. Οι δυναμικές γραμμές
αναδύονται από το εσωτερικό της κηλίδας προς τα έξω. Οι κηλίδες εμφανίζονται σε
ζεύγη σε περιοχές του Ηλίου όπου το μαγνητικό πεδίο είναι πολύ έντονο. Εκεί
όπου το μαγνητικό πεδίο είναι έντονο το υλικό του Ηλίου αναδύεται στην
επιφάνεια και οι δυναμικές γραμμές βγαίνουν επίσης έξω σχηματίζοντας δύο
κηλίδες. Τα μέλη των δύο εμφανιζομένων κηλίδων που αποτελούν το ζεύγος έχουν
αντίθετη μαγνητική πολικότητα και σχηματίζουν ένα μαγνητικό δίπολο. Οι
πολικότητες (η φορά του μαγνητικού πεδίου) των ζευγών των κηλίδων είναι
αντίθετες στα δύο ημισφαίρια του Ηλίου. Δηλαδή τα ζεύγη των κηλίδων του ενός
ημισφαιρίου έχουν την ανατολική κηλίδα με θετική πολικότητα, ενώ θετική
πολικότητα έχει στο άλλο ημισφαίριο η δυτική κηλίδα του ζεύγους. Η πολικότητα
των ζευγών των κηλίδων κάθε ημισφαιρίου (βορείου και νοτίου) αλλάζει κάθε
ένδεκα έτη. Ομοίως κάθε 11 χρόνια αλλάζει πολικότητα το γενικό διπολικό
μαγνητικό πεδίο του Ηλίου. Η μαγνητική πολικότητα κάθε πόλου αναστρέφεται
δημιουργώντας την 11-ετή περίοδο της ηλιακής δραστηριότητας. Ο βόρειος πόλος
του ηλίου γίνεται βόρειος μαγνητικός και νότιος μαγνητικός εναλλάξ κάθε 11
χρόνια. Δηλαδή το μαγνητικό πεδίο του Ηλίου μεταβάλλεται με περίοδο 22 ετών. Με
την ενδεκαετή περίοδο μεταβάλλεται όχι μόνο ο αριθμός, η έκταση και η θέση των
κηλίδων, αλλά και η συχνότητα εμφάνισης των εκρηκτικών φαινομένων του Ηλίου,
δηλαδή των εκλάμψεων και των εκτοξεύσεων στεμματικής μάζας.
Με περίοδο 11 ετών
μεταβάλλεται επίσης και η ισχύς που εκπέμπει ο Ήλιος. Η ενδεκαετής μεταβολή
είναι εμφανής σε όλα τα μήκη κύματος, δηλαδή στην οπτική περιοχή όπου η
μεταβολή κυμαίνεται ~0,2%, στις ακτίνες Χ που εκπέμπει ο Ήλιος, στα
ραδιοκύματα. Ομοίως παρατηρήσαμε 11-ετή περιοδικότητα στις παραμέτρους του
ηλιακού ανέμου και ιδιαιτέρως στην πίεση του ηλιακού ανέμου, την έκταση και την
μορφή της ηλιόσφαιρας, της έντασης του μαγνητικού πεδίου στο όριο της
ηλιόσφαιρας, των οριακών επιφανειών του Ηλίου (της επιφάνειας Alfven, της ηχητικής επιφάνειας, της μαγνητοηχητικής επιφάνειας), όπως επίσης της
μαγνητόσφαιρας της Γης και των άλλων πλανητών. Η ενδεκαετής μεταβολή της
γαλαξιακής κοσμικής ακτινοβολίας έχει διαπιστωθεί από δεκαετίες. Αξίζει να
αναφερθεί επίσης και η γνωστή ενδεκαετής περιοδικότητα της γεωργικής παραγωγής
διαφόρων προϊόντων, της τιμής τους σιταριού κ.α.

Μη γραμμικό μοντέλο RLC του
Ηλίου
Η ερευνητική μας ομάδα
έχει αναπτύξει ένα μοντέλο της ηλιακής δραστηριότητας που βασίζεται σε ένα μη
γραμμικό μοντέλο RLC του Ηλίου. Το μοντέλο θεωρεί ότι ο ήλιος
μπορεί να αναπαρασταθεί με ένα ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα RLC, σαν και αυτό που μαθαίνουμε στο λύκειο. Αυτό το ισοδύναμο κύκλωμα RLC περιγράφει τα ηλεκτρικά ρεύματα που υπάρχουν στο εσωτερικό του Ηλίου, τα
μαγνητικά πεδία που προκαλούνται από τα ρεύματα, την ισχύ που εκπέμπει το
κύκλωμα, τα οποία μεταβάλλονται με περίοδο 22 ετών. Το ισοδύναμο κύκλωμα RLC μεταξύ άλλων προβλέπει μεταβολή της ηλεκτρικής ηλιακής ισχύος του Ηλίου,
τον 22-ετή κύκλο της ηλιακής δραστηριότητας, όπως και πολλά χαρακτηριστικά της
ηλιακής δραστηριότητας με φυσικό τρόπο. Αυτό το ηλεκτρικό μοντέλο του Ηλίου
είναι το πρότυπο του van der Pol, το οποίο περιγράφει επίσης με
επιτυχία και την λειτουργία της καρδιάς του ανθρώπου είχε αναπτυχθεί το 1929
για να περιγράψει την μη γραμμική συμπεριφορά της τριόδου ηλεκτρονικής λυχνίας.
Η ύλη της ατμόσφαιρας
του Ηλίου είναι ιονισμένη, συχνά πλήρως ιονισμένη, δηλαδή είναι σε μορφή πλάσματος. Τα ιόντα
είναι περίπου 95% πρωτόνια, 5% σωμάτια άλφα (πυρήνες του χημικού στοιχείου
Ηλίου), ενώ όλα τα άλλα χημικά στοιχεία (από τα οποία είμαστε φτιαγμένοι εμείς
και οι γήινοι πλανήτες) βρίσκονται σε πολύ μικρές αναλογίες.
Η ιονισμένη ύλη του
στέμματος του Ηλίου επεκτείνεται προς το διαπλανητικό διάστημα όπου εκτονώνεται
με ταχύτητα, που αυξάνει βαθμιαία μέχρι που γίνεται ιλιγγιώδης (συνήθως 350 έως
400 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, η οποία εκτινάσσεται στα 700 με 1000 km/s σε έκτακτα εκρηκτικά φαινόμενα που συμβαίνουν στον
Ήλιο). Το υλικό αυτό που εκτονώνεται από τον Ήλιο ονομάζεται ηλιακός άνεμος.
Είναι πλάσμα, δηλαδή σχεδόν πλήρως ιονισμένη ύλη με ίσο αριθμό θετικών και
αρνητικών ηλεκτρικών φορτίων.
Η θερμοκρασία του
ηλιακού ανέμου είναι μερικές δεκάδες χιλιάδες βαθμούς Kelvin έως δύο εκατομμύρια βαθμούς Kelvin. Η πυκνότητα του ηλιακού
ανέμου μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα προς το τετράγωνο της ηλιοκεντρικής
απόστασης, ως αποτέλεσμα της σφαιρικής εκτόνωσης, και στην περιοχή της Γης
είναι συνήθως 10 με 20 σωμάτια στο κυβικό εκατοστό (κυρίως πρωτόνια και
ηλεκτρόνια σε ίσους αριθμούς).
Ο ηλιακός άνεμος
επειδή είναι ιονισμένος είναι εξαιρετικός αγωγός του ηλεκτρισμού. Έτσι όποια
ηλεκτρικά ρεύματα υπάρχουν σε αυτόν διατηρούνται σχεδόν αμετάβλητα για πρακτικά
άπειρο χρόνο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα μαγνητικά πεδία που επικρατούν μέσα στον
ηλιακό άνεμο και τα οποία οφείλονται σε ηλεκτρικά ρεύματα, να διατηρούνται
σχεδόν αναλλοίωτα μέχρι τα όρια του ηλιακού συστήματος. Η ακτινική εκτόνωση του
ηλιακού ανέμου εισάγει παραμορφώσεις του μαγνητικού πεδίου με την απόσταση.
Οι πηγές του ηλιακού ανέμου
Οι πηγές του γρήγορου
ηλιακού ανέμου είναι οι οπές του στέμματος, περιοχές πάνω στον Ήλιο όπου
οι δυναμικές γραμμές του Ηλίου είναι ανοικτές και κατευθύνονται προς τα έξω, σε
αντίθεση προς τις διπολικές περιοχές του Ηλίου, όπου το υλικό παραμένει δέσμιο
για μεγάλες χρονικές περιόδους. Από τις διπολικές περιοχές πιστεύεται ότι
προέρχεται ο αργός ηλιακός άνεμος. Οι κυριότερες και πιο εκτεταμένες πηγές του
γρήγορου ηλιακού ανέμου είναι στους πόλους του Ηλίου, όπου βρίσκονται σχεδόν
πάντοτε οι δύο πολικές στεμματικές οπές. Κατά τις χρονικές περιόδους του
μεγίστου της ηλιακής δραστηριότητας (π.χ. έτος 2000) οι δύο πολικές στεμματικές
οπές μειώνονται δραστικότατα ή και εξαφανίζονται, ενώ εμφανίζονται περισσότερες
στεμματικές οπές σε όλη την επιφάνεια του Ηλίου, στα όρια των εκτεταμένων
διπολικών περιοχών.
Ο ηλιακός άνεμος, το
ρευστό που βγάζει συνεχώς ο Ήλιος, με την τεράστια ταχύτητά του, γεμίζει μία
τεράστια περιοχή γύρω από τον Ήλιο την οποία επηρεάζει. Η περιοχή αυτή έχει
διαστάσεις της τάξης των εκατό αστρονομικών μονάδων. Τα όρια της ηλιόσφαιρας
καθορίζονται από την πίεση που εξασκεί ο ηλιακός άνεμος στο διαστρικό αέριο,
δηλαδή το αέριο που υπάρχει στην γειτονιά του Ήλιου. Η έκταση και η μορφή της
ηλιόσφαιρας αλλάζουν με τον χρόνο περιοδικά ακολουθώντας την ενδεκαετή
περιοδικότητα του Ηλίου, όπως αυτή εκδηλώνεται με τον αριθμό των κηλίδων που
εμφανίζονται σε διάφορα πλάτη.
Η ηλιόσφαιρα είναι η
μαγνητόσφαιρα του Ηλίου. Μαγνητόσφαιρες έχουν πλήθος αστρονομικών αντικειμένων
από του pulsar μέχρι τους γαλαξίες.
Ο ηλιακός άνεμος είναι
ένα ιονισμένο ρευστό που στο διάβα του συναντάει τους πλανήτες, τους κομήτες
και τους μικρούς πλανήτες, τους αστεροειδείς και αλληλεπιδρά με αυτούς.
Αποτέλεσμα αυτής της αλληλεπίδρασης είναι ο σχηματισμός των μαγνητοσφαιρών γύρω τους. Μαγνητόσφαιρα είναι δηλαδή μία περιοχή γύρω
από τον Ήλιο στην οποία επικρατεί το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη, ή όπου
διπλώνεται και πυκνώνει το διαπλανητικό πεδίο του ηλιακού ανέμου, σχηματίζοντας
έτσι μία μαγνητική κοιλότητα γύρω από αυτά τα ουράνια σώματα. Όσοι πλανήτες
όπως η Γη, ο Δίας και ο Κρόνος έχουν δικά τους μαγνητικά πεδία (σαν το γνωστό
μας διπολικό πεδίο της Γης) αποκτούν γύρω τους εκτεταμένες μαγνητόσφαιρες οι
οποίες μοιάζουν με σταγόνες που πέφτουν από βρύση, ή με μέλι που πέφτει από ένα
κουτάλι.
Η μορφή, η δομή και η
σύνθεση των μαγνητοσφαιρών εξαρτώνται από τις συνθήκες που επικρατούν στον
ηλιακό άνεμο κάθε χρονική στιγμή στον ηλιακό άνεμο. Ομοίως αλλάζει το μαγνητικό
πεδίο και στην επιφάνεια του πλανήτη, η ιονόσφαιρα, η έκταση της ατμόσφαιράς
του και παροδικά ακόμη και η περίοδος της περιστροφής του πλανήτη, δηλαδή η
διάρκεια του ημερονυκτίου.
Οι συνθήκες του διαστήματος μεταβάλλονται με τον χρόνο, συχνά συμβαίνουν
δραματικότατα γεγονότα ως αποτέλεσμα εκτάκτων φαινομένων στον Ήλιο και το διάστημα κυρίως τις εκτοξεύσεις στεμματικού υλικού. Λόγω των
μεταβολών του ηλιακού ανέμου μεταβάλλονται συχνά δραστικότατα οι μαγνητόσφαιρες
των πλανητών και το μαγνητικό πεδίο στην επιφάνειά τους. Αυτές τις μεταβολές
ονομάζουμε διαστημικό καιρό. Οι μεταβολές του διαστημικού καιρού εκδηλώνονται
με εντυπωσιακά φωτεινά φαινόμενα που ονομάζουμε σέλας, το οποίο είναι
ιδιαιτέρως εντυπωσιακό σε περιοχές σχετικά κοντά στους μαγνητικούς πόλους της Γης.
Σέλας παρατηρείται και γύρω από τις πολικές περιοχές των πλανητών Δία και
Κρόνου, αλλά και γύρω από τον δορυφόρο του Δία Ιώ.
Ο διαστημικός καιρός επιδρά σε πλήθος δραστηριοτήτων του
ανθρώπου:
Διαστημική αποστολή του Οδυσσέα
Πολλές θεωρητικές και
πειραματικές μελέτες μας βασίζονται σε μετρήσεις από διαστημόπλοια, ενώ πολλές
άλλες είναι καθαρά θεωρητικές.
Οι μετρήσεις του διαστημοπλοίου Οδυσσέας που εκτοξεύτηκε το 1990
και είναι το πρώτο διαστημόπλοιο που πήρε μετρήσεις μακριά από την εκλειπτική
και ιδίως τον διαστημικό χώρο επάνω από τους πόλους του Ηλίου που μελετήθηκε
για πρώτη φορά με αυτή την αποστολή. Οι σχετικές μετρήσεις μας επέτρεψαν να μελετήσουμε
αυτές τις άγνωστες μέχρι πρότινος περιοχές της ηλιόσφαιρας, βασισμένοι σε
δεδομένα των ενεργητικών σωματίων, κοσμικής ακτινοβολίας της ταχύτητας,
πυκνότητας, θερμοκρασίας και μαγνητικού πεδίου του πλάσματος. Η ομάδα μας κάνει
μελέτες πειραματικές και θεωρητικές των μετρήσεων του πλάσματος (ταχύτητας,
θερμοκρασίας, πυκνότητας και μαγνητικού πεδίου), όπως και της κοσμικής
ακτινοβολίας που μετρήθηκε με τα τηλεσκόπια του πειράματος EPAC/Keppler του διαστημοπλοίου Οδυσσέας.

Μεταβολές της ηλιόσφαιρας από την ηλιακή δραστηριότητα
στην διάρκεια του 11-ετούς κύκλος του Ηλίου
Οι στεμματικές οπές
αλλάζουν σε αριθμό θέση, μορφή και έκταση στις διάφορες φάσεις του ηλιακού
κύκλου. Κατά την περίοδο του ελαχίστου της ηλιακής δραστηριότητας υπάρχουν μόνο
οι δύο πολικές στεμματικές περιοχές από τις οποίες πηγάζει ο ταχύς ηλιακός
άνεμος, σχηματίζοντας έτσι δύο εκτεταμένα ρεύματα, ένα από κάθε πόλο, που κυριαρχούν
στην ηλιόσφαιρα. Καθώς αυξάνει η ηλιακή δραστηριότητα σχηματίζονται
περισσότερες κηλίδες σε ηλιογραφικά πλάτη που συνεχώς πλησιάζουν στον
ισημερινό. Ομοίως αυξάνει ο αριθμός των στεμματικών οπών που συνήθως
σχηματίζονται ανάμεσα στις κηλίδες. Συγχρόνως μειώνεται η έκταση των πολικών
στεμματικών οπών. Καθώς πλησιάζει η χρονική περίοδος που αλλάζει η μαγνητική
πολικότητα του διπόλου του Ηλίου οι μεγάλες στεμματικές οπές μετατοπίζονται
προς τον ισημερινό.
Στην διάρκεια του
ενδεκαετούς ηλιακού κύκλου της ηλιακής δραστηριότητας δεν μεταβάλλονται
σημαντικά οι παράμετροι του ηλιακού ανέμου. Ωστόσο διαπιστώσαμε ότι
μεταβάλλεται ριζικά η πίεση του ηλιακού ανέμου (που κύρια συνιστώσα της είναι
½ρηλιακού_ανέμουV2ηλιακού_ανέμου) μέσα στον ενδεκαετή κύκλο της
δραστηριότητας του Ηλίου. Η πίεση του ηλιακού ανέμου εξισορροπεί την πίεση του
διαστρικού αερίου που περιβάλλει το ηλιακό σύστημα δημιουργώντας έτσι την
ηλιόσφαιρα. Η μεταβολή της πίεσης του ηλιακού ανέμου οδηγεί σε σημαντικότατη
μεταβολή της έκτασης της ηλιόσφαιρας με περιοδικοτητα 11 ετών.
Οι μεταβολές των κρισίμων επιφανειών του Ηλίου
Η εκτόνωση του
μαγνητισμένου πλάσματος του ηλιακού ανέμου εξαρτάται από ορισμένες
χαρακτηριστικές κρίσιμες επιφάνειες από τις οποίες διέρχεται ο ηλιακός άνεμος
στο δρόμο του προς τον διαστημικό χώρο. Αυτές είναι η επιφάνεια Alfven, η επιφάνεια του ήχου και η μαγνητοακουστική επιφάνεια. Σε κάθε μία από
αυτές ο ηλιακός άνεμος υπερβαίνει αντιστοίχως την ταχύτητα Alfven, την ταχύτητα του ήχου και την μαγνητοακουστική ταχύτητα. Δηλαδή καθώς το
πλάσμα επιταχύνεται βαθμιαία σε αυτές τις επιφάνειες γίνεται αντιστοίχως, όπως
λέμε, υπεραλφβενικό, υπερηχητικό και υπερμαγνητοακουστικό.
Υπολογίσαμε για πρώτη φορά την χρονική μεταβολή των κρισίμων επιφανειών κατά
την διάρκεια των τελευταίων τριών ηλιακών κύκλων (33 έτη) με μετρήσεις κυρίως
από τα διαστημόπλοια IMP. Επίσης υπολογίσαμε για πρώτη φορά την
μορφή ων κρισίμων επιφανειών με πειραματικά δεδομένα από το διαστημόπλοιο
Οδυσσέας.
Οι μεταβολές της ηλιόσφαιρας και η κοσμική ακτινοβολία
Συγχρόνως με την
μεταβολή της έκτασης της ηλιόσφαιρας (και της μαγνητόσφαιρας της Γης)
μεταβάλλεται περιοδικά και η κοσμική ακτινοβολία στη Γη και στην ηλιόσφαιρα,
όπως διαπιστώσαμε με βάση όλες τις μετρήσεις από όλα τα διαστημόπλοια (IMP, HEOS, Helios, Pioneer 10&11, Voyager1&2 και κυρίως του Ulysses).
Διαστημική
αποστολή των STEREO
Η μελέτη του Ηλίου και του διαστημικού
καιρού και
των επιπτώσεων του στη Γη και στις δραστηριότητες του ανθρώπου αποτελούν
σημαντικό μέλημα της επιστημονικής έρευνας. Για αυτό τον σκοπό το έτος 2004 θα
εκτοξευθούν τα δύο διαστημόπλοια της διαστημικής αποστολής STEREO. Τα δύο διαστημόπλοια θα έχουν τέτοιες τροχιές που το ένα θα προπορεύεται
και το άλλο θα έπεται της Γης στην τροχιά της γύρω από τον Ήλιο. Η θέση των διαστημοπλοίων θα είναι τέτοια που θα
δίνουν στερεοσκοπική εικόνα του
Ηλίου
επιτρέποντας μας να προβλέψουμε ποιες εκπομπές στεμματικού υλικού από τον Ήλιο
θα φθάνουν στη Γη και ποιες δεν θα επηρεάζουν τη Γη. Η πρόβλεψη θα γίνεται λίγο
μετά την εκπομπή και μια με δύο ημέρες πριν το κρουστικό κύμα από την έκρηξη
στον Ήλιο φθάσει στη Γη με όλα τα επακόλουθα.
Το Πανεπιστήμιο
Αθηνών (Τμήμα Φυσικής και Τμήμα Πληροφορικής �καθηγητής κύριος Κ.
Καρούμπαλος) μετέχει στα δύο πειράματα SWAVES που μελετούν τις ραδιοεκπομπές του Ηλίου στα οποία κύριος
ερευνητής είναι ο κύριος J.-L. Bougeret, του Τμήματος Διαστήματος του Αστεροσκοπείου των
Παρισίων.
Στα διαστημόπλοια της αποστολής STEREO υπάρχουν τέσσερα πειράματα
που παρατηρούν τον Ήλιο στερεοσκοπικά: SECCHI , STEREO/WAVES (SWAVES) , IMPACT (βλέπε επίσης STEREO-IMPACT Home Page) και το PLASTIC .