Pozorování projevů sluneční aktivity v čáře CaK vápníku

25.08.2013

Projevy sluneční aktivity jsou velmi rozmanité a pro jejich komplexnější pozorování nestačí jen viditelné světlo, tedy pozorování fotosféry, ale pokud je to možné, jsou žádoucí pozorování v dalších vlnových délkách. Obvykle se jedná o pozorování ve spektrální čáře vodíku (H-alfa – 656,3 nm) v červené oblasti. V poslední době se „rozmáhá“ (v závislosti na dostupnosti potřebných přístrojů) také pozorování na opačné straně viditelného světla, tedy v modré oblasti, konkrétně v čáře Ca II K vápníku.

Hvězdárna Valašské Meziříčí díky projektu s názvem Se Sluncem společně, spolufinancovaném Evropskou unií prostřednictvím Fondu mikroprojektů spravovaného Regionem Bílé Karpaty, realizuje dokončení přeshraničního vzdělávacího a výukového centra pro pozorování Slunce a digitální zpracování obrazu. Jeho součástí je modernizace a dovybavení několika přístroji pro pozorování Slunce. Jedním z nich je také dalekohled pro detailní snímkování aktivních oblastí v čáře Ca II K vápníku.

Trocha historie i současnosti

Stejně jako v mnoha dalších oblastech i intenzita a rozsah pozorování projevů sluneční aktivity byly na Hvězdárně Valašské Meziříčí dány především zájmem konkrétních pracovníků a spolupracovníků. V minulosti najdeme období, kdy se projevy sluneční aktivity, zejména skupiny slunečních skvrn a aktivní protuberance pozorovaly relativně pravidelně a intenzivně.
Jedním z plodných období byla z tohoto pohledu devadesátá léta, kdy se díky pomoci ze zahraničí (poskytnutí fotografického negativního materiálu) mohl rozběhnout relativně velkorysý projekt pozorování slunečních skvrn a zejména aktivních protuberancí.

S ústupem klasické fotografie a nástupem moderních CCD detektorů jsme se snažili, v rámci našich možností, držet krok. Na přelomu století pak do arzenálu dalekohledů přibyl chromosférický dalekohled na detailní pozorování aktivních oblastí.
V první období jsme se zaměřili na televizní CCD kamery, s jejichž implementací nám intenzivně a nezištně pomáhali kolegové z Astronomického ústavu AV ČR, v.v.i., zejména skupina kolem Ing. Miroslava Klvani. Ještě před nástupem CCD techniky však intenzita a rozsah pozorování poněkud poklesly.

Se zavedením televizní CCD techniky se ukázaly jejich nevýhody. Přestože velkou výhodou byly jejich nízké provozní náklady, v ostatních ohledech výrazně za klasickými negativy zaostávaly, především v rozlišení a bitové hloubce. To nás postupně vedlo k úvahám pořídit na sluneční pozorování modernější vědecké CCD kamery s vyšší bitovou hloubkou (14-16 bitů). Koncem prvního desetiletí se nám podařilo tuto myšlenku realizovat a program pozorování projevů sluneční aktivity tím posílit. Do dnešních dnů jsme významně rozšířili jak rozsah, tak i intenzitu pozorování.

V současné době pozorujeme Slunce dvojicí synoptických (přehledových) dalekohledů, jedním chromosférickým dalekohledem pro detailní snímky aktivních oblastí v chromosféře a posledním přírůstkem využívajícím CCD kameru, kterým je právě dalekohled pro detailní snímky aktivních oblastí v čáře Ca II K vápníku.

Kromě toho ještě probíhá technická příprava a zkouška systému pro velký fotosférický dalekohled a protuberanční koronograf. Jejich dokončení předpokládáme v horizontu 2-3 měsíců.

Kromě vlastního pozorování projevů sluneční aktivity hvězdárna zabezpečovala po dlouhou dobu koordinaci a zpracovávání vizuálních pozorování Slunce z ČSSR i nástupnických státních útvarů. Velmi aktivně se podílela na službě FOTOSFEREX provozované slunečním oddělením Astronomického ústavu AV ČR, v.v.i. Dále zajišťovala vydávání přehledového Bulletinu pro pozorovatele Slunce, metodických návodů apod. Před několika lety tuto činnost logicky přesunula na aktivní členy Sluneční sekce České astronomické společnosti.

Některé další zajímavé informace z historie pozorování Slunce na Hvězdárně Valašské Meziříčí najdete v sekci Odborná práce.

Pohled na chromosférický dalekohled umístěný na společné montáži v kopuli odborného pracoviště.

Nový přírůstek do „sluneční rodiny“

Zprovoznění detailního „vápníkového“ dalekohledu zabralo podstatně více času, než jsme předpokládali. Jedním z faktorů bylo velmi špatné počasí v první polovině roku a také fakt, že jsme testovali dva dalekohledy a dva filtry. Nakonec po několika měsících zkoušek, pokusů, analýz a vyhodnocení jsme sestavili finální pozorovací systém, který se skládá z dalekohledu s objektivem Zeiss 80/1200 mm, který byl velmi dobrým přístrojem již v osmdesátých letech minulého století. K němu jsme použili vápníkový etalon, LUNT LS152TCaK s propustností do 2,4 nm.

Systém je dále osazen CCD kamerou G1-2000, která je napojena na pozorovatelský notebook. Kromě surových snímků pořizujeme také dark frame (zakrytím tubusu) a flat, který zajišťujeme pomocí obyčejného mikrotenového sáčku (a funguje to skvěle :-D). Po nasnímání provádíme běžnou kalibraci snímků a výběr nejkvalitnějších z nich.

Kromě rutinních přehlídek aktivních oblastí a studia jejich morfologie nejen ve fotosféře, ale i chromosféře je tento dalekohled používán pro simultánní snímkování slunečních erupcí (ve spojení s chromosférickým dalekohledem). V plném operačním nasazení je přibližně měsíc a ještě bude potřeba dořešit některé drobnosti, ale i přesto je již používán k rutinní práci. 

Co nám ukazuje pozorování v čáře CaK

Před obrazovým závěrem bude dobré si stručně shrnout, co v čáře Ca II K vápníku můžeme pozorovat. Snímky Slunce v čáře vápníku (Ca) II K (393,4 nm) zobrazují struktury ve výškách mezi 500 – 2000 km nad fotosférou, které nejsou pozorovatelné ve viditelném světle. Sluneční chromosféra je velmi proměnlivá a dynamická vrstva sluneční atmosféry obsahující relativně horké ionizované plazma (teploty řádově kolem 10 000 °C).

Přítomnost vápníkových iontů v chromosféře způsobuje absorpci slunečního záření z fotosféry. Absorpční čára vápníku  (Ca) II K je velmi citlivá na lokální magnetická pole. V přítomnosti silných magnetických polí je absorpce menší, vidím tedy světlejší útvary, v případě slabších magnetických polí je absorpce větší, vidím tedy tmavší útvary.

Celkový snímek Slunce v čáře Ca II K vápníku pořízený přehledovým dalekohledem na pozorovací plošině Hvězdárny Valašské Meziříčí dne 4. července 2013 v 12:16:10 UT.

V čáře vápníku můžeme pozorovat celou řadu zajímavých jevů a útvarů. Mezi ně patří například tzv. pláže (plage), póry, supergranule i chromosférickou síť, ale i útvary viditelné ve fotosféře, tedy sluneční skvrny a fakule (chromosférické flokule). Samotné sluneční skvrny jsou (i přes přítomnost silných magnetických polí) v čáře vápníku stejně jako ve fotosféře, tmavá místa díky své nižší teplotě. Fakule (fakulová pole) jsou v chromosféře pozorovatelné jako světlejší oblasti, což je důsledek koncentrace magnetických polí v intergranulárním prostoru (mezi slunečními granulemi). Existuje úzká souvislost mezi fakulemi a jasnými oblastmi - chromosférickými plážemi (plage), také označovanými jako flokule, uvnitř aktivních oblastí spojených se vznikem slunečních skvrn.

Ve vápníkové čáře můžeme pozorovat také jemnou chromosférickou síť, ale i mnohé další útvary (zjasnění granulí, protuberance, velké filamenty apod.).

K problematice pozorování projevů sluneční aktivity v čáře vápníku připravujeme rozsáhlejší a odborněji zaměřený článek, jehož zveřejnění budeme avizovat. Problematika není tak jednoduchá, jak jsme ji stručně předestřeli v této novince.

Obrazová příloha

Na závěr několik snímků z detailního vápníkového dalekohledu Hvězdárny Valašské Meziříčí. Stručné popisy jsou uvedeny u jednotlivých obrázků. Větší počet obrázků včetně zachycení časového vývoje aktivních oblastí v čáře vápníku připravujeme.

Celkový snímek Slunce v čáře Ca II K vápníku pořízený přehledovým dalekohledem na pozorovací plošině Hvězdárny Valašské Meziříčí dne 13. srpna 2013 v 06:50:37 UT.

Snímek aktivní oblasti NOAA11817 ze dne 15. srpna 2013 v  07:19:17 UT. Je velmi dobře pozorovatelná jemná struktura v aktivní oblasti v čáře Ca II K vápníku i samotné sluneční skvrny.

Snímek menší aktivní oblasti NOAA11810 ze dne 7. srpna 2013 v 07:42:00 UT je pěknou ukázkou malých a méně aktivních skupin slunečních skvrn.

Velká aktivní oblast NOAA11818 na snímku pořízeném dalekohledem pro detailní zobrazování v čáře vápníku (Ca II K) na vlnové délce 393,4 nm. Snímek je ze dne 15. srpna 2013 (10:12:04 UT).

Snímek stejné aktivní oblasti jako na předchozím snímku (tedy NOAA11818 ze dne 16. srpna 2013 v 11:22:20 UT). Všiměte si rozdílů v morfologii oblasti a rozložení magnetických polí indikované intenzitou absorpce spektrální čáry Ca II K.

Snímek jedné ze slunečních erupcí v čáře Ca II K vápníku. Bohužel erupce se odehrála v době, kdy pozorovací podmínky na observatoři nebyly optimální. Erupce byla v aktivní oblasti NOAA11817 dne 12. srpna 2013. Snímek byl pořízen v 10:41:38 UT.

autor: Libor Lenža