Päikeselaigud: definitsioon, omadused ja 11–22-aastased tsüklid

Päikeselaigud: definitsioon, magnetilised omadused ja 11–22-aastased tsüklid. Uuri tsüklite mõju, Maunderi miinimum ja nende tähendus Päikese aktiivsusele ja kliimale.

Päikeselaik (sageli nimetatakse ka päikesepunktiks) on Päikese fotosfääris esinev koht, kus esineb tugevalt koondunud magnetiline aktiivsus. Need piirkonnad on ümbritsevast pinnast tumedamad, sest nad on jahedamad kui fotosfäär (tavaliselt ~3 000–4 500 K võrreldes ümbruse ~5 800 K-ga), mistõttu näivad nad kontrastsemad. Päikeselaikudel on selge struktuur: tumedam keskosa (umbra) ja ümbritsev heledam vöönd (penumbra). Mõõtmete poolest võivad need ulatuda väikesest mõnekümne kilomeetri laiustest laikudest kuni kümnete või isegi mitmekümnetuhandete kilomeetriteni — paljud laigud on suuremad kui Maa, mõned grupid võivad hõlmata väga suuri pindalasid.

Tekke põhjus ja omadused

• Magnetväli: päikeselaigud tekivad tugeva magnetvälja toimel, mis takistab kuuma plasma tõusu, jahutab kohalikku pinda ja vähendab sädelevust.
• Tugevus: laigute magnetvälja tugevus võib ulatuda tuhandete gaussideni (kümned tuhanded korda Maa magnetvälja tugevusest).
• Eluiga: laigud võivad eksisteerida mõnest tunnist kuni mitme kuuni; suuremad grupid elavad tavaliselt kauem.
• Diferentseerunud pöörlemine: Päikese diferentsiaalne pöörlemine (ekvaator pöörleb kiiremini kui kõrgemad laiuskraadid) ning sise magnetiline dünaamika mõjutavad laigute tekkimist ja liikumist.
• Laikude jaotus: iga aktiivsusperioodi alguses tekivad laigud suurema laiuskraadiga aladel ja tsükli jooksul liiguvad nad ekvaatori poole — seda nähtust kujutatakse sageli nn "liblikadiagrammil".

Tsüklilisus: 11–22-aastased tsüklid

Kuigi päikeselaikude arv ja aktiivsus muutuvad pidevalt, on selge korrapära: tüüpiline aktiivsuse tsükkel (Schwabe tsükkel) kestab umbes 11 aastat — selle aja jooksul tõuseb laigute arv, jõuab maksimumini ja langeb minimaalse väärtuseni. Iga ~11 aasta järel pöörab päikeselaikude magnetiline polaarsus ümber, seega täielik magnetiline tsükkel (Hale'i tsükkel) kestab umbes 22 aastat, sest polaarsuse algne suund taastub alles kahe Schwabe tsükli järel.

Päikesetsüklit mõõdetakse näiteks päikeselaikude arvuga (Wolfi ehk Rahni number) ja muude aktiivsusindikaatoritega. Tsükli käik ei ole igal korral identselt ühtlane — tsüklite tugevus ja pikkus varieeruvad.

Ajalooline vaatlus ja Maunderi miinimum

Päikeselaike on vaadeldud juba paljude sajandite vältel, teleskoopide ajast alates alates 17. sajandist tegid nende süsteemse jälgimise esimesed astronoomid nagu Galileo ja Christoph Scheiner. Pikemaajalised järjestused (sh Wolfi arvud) võimaldavad uurida mitmesaja-aastast aktiivsuse ajalugu.

Üks tuntud anomaalia on Maunderi miinimum — periood umbes 1645–1715, mil päikeselaikude arv oli väga madal. See periood langeb kokku kliimamuutustega Euroopas, mida tuntakse väikese jääajaperioodina, kuid seos Päikese aktiivsuse ja pikaajalise kliimamuutuse vahel on keeruline ja ei ole üheselt põhjendatud.

Mõjud Maale ja kasutus praktikas

• Päikesetormid: aktiivsed laigugrupid seostuvad sageli päikesepursete (flaare) ja koronaalsete massiheitmete (CME) tekkega, mis võivad tekitada magnettorme Maal.
• Võrkude ja satelliitide mõju: tugevad päikesemöllud võivad häirida raadiosidet ja GPS‑signaale ning mõjutada elektrivõrke ja satelliitide tööd.
• Aurora: suurenenud kosmiline aktiivsus põhjustab tugevamaid ja laialdasemaid virmalisi kõrgetel laiuskraadidel ning mõnikord ka mõõnalaadset laienemist madalamatele laiuskraadidele.
• Teaduslik väärtus: päikeselaikude uurimine aitab mõista Päikese magnetilist dünaamikat ja ruumiilmmaastikku, mis on oluline nii teadusele kui ka kosmosetehnoloogia kaitseks.

Teadmised ja järeldused

Kuigi päikeselaikude üldpõhimõtted on hästi teada — nad on magnetiliselt juhitud jahedamad piirkonnad fotosfääris — ei ole kõik üksikasjad täielikult selged. Põhjus, miks mõned ajad (nt Maunderi miinimum) olid pikaajaliselt väga madala aktiivsusega, ning täpne sisemine dünaamika, mis tekitab tsüklilisi käike, on aktiivse uurimise teemad. Tänapäeval jälgivad missionid ja maapealsed observatooriumid Päikest pidevalt, et paremini ennustada aktiivsuse mõju maisele tehnoloogiale ja kogu Päikese dünaamikat.

Ajalugu

Hiina astronoomid ütlesid, et nad näevad päikesepiire. 17. märtsil 802 nägi munk Adelmus suurt päikesepiiri, mida ta nägi kaheksa päeva. Adelmus arvas, et Merkuur läheb Päikese ette ja teeb musta laigu. Kui astronoomid hakkasid kasutama teleskoope, oli enamik neist nõus, et midagi läheb Päikese eest läbi. Galileo Galilei arvas 1612. aastal, et Päikesel on tegelikud laigud ja et need näitavad, et Päike pöörleb.

Esimesed päikesepiirkondade tsüklilised muutused nägi Heinrich Schwabe ja pani Rudolf Wolfi neid alates 1848. aastast hoolikalt uurima. Samuti näitas Joseph Henry 1848. aastal pilti Päikesest ja veendus, et päikesepiirkonnad on ülejäänud Päikesest jahedamad (nad on umbes 7000 kraadi Fahrenheiti, 4000 C). Nad on endiselt väga kuumad, kuid palju jahedamad kui ülejäänud Päikese pind.

Joonis päikesepunktist Worcesteri Johannese kroonikates

Otsing