Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Ξ. Δ. Μουσάς Καθηγ. (επιβλέπων), Π. Πρέκα - Παπαδήμα Επικ. Καθηγ., Ε. Χριστοπούλου - Μαυρομιχαλάκη Καθηγ.
Περίληψη:
Ο Ηλιακός Άνεμος αποτελεί συνεχή ροή πλάσματος από το στέμ-μα του Ήλιου. Η
ύπαρξή του προβλέφθηκε θεωρητικά το 1958 από τον E. Parker. Οι ιδιότητες του
Ηλιακού Ανέμου στις οποίες είχε καταλήξει ο Parker επιβεβαιώθηκαν λίγα χρόνια
αργότερα από διαστημικές μετρή-σεις. Η επιτυχής πρόβλεψη του Parker και η
έναρξη της διαστημικής εποχής άνοιξαν το δρόμο για την ανάπτυξη της Φυσικής
Διαστήματος. Παρά το ότι έχουμε διαθέσιμα δεδομένα για τον Ηλιακό Άνεμο εδώ και
μισό περίπου αιώνα, πάρα πολλά ερωτήματα παραμένουν ανοιχτά.
Είναι γνωστή ήδη από τις πρώτες παρατηρήσεις η ύπαρξη δύο κατηγοριών
ρευμάτων Ηλιακού Ανέμου που διαφέρουν τόσο στις περιο-χές προέλευσής τους όσο
και στις φυσικές παραμέτρους τους. Η μια κατηγορία ρευμάτων είναι ο καλούμενος
αργός Ηλιακός Άνεμος. Έχει ταχύτητες μέχρι 400 kms-1 και φαίνεται να
προέρχεται από τη ζώνη επι-σειόντων (streamer belt). Από την άλλη πλευρά,
διακρίνουμε το γρήγο-ρο Ηλιακό Άνεμο που προέρχεται από τις στεμματικές οπές
και η ταχύ-τητά του φτάνει τα 800 kms-1 (ορισμένες φορές και παραπάνω). Τα αρ-
γά ρεύματα είναι πυκνότερα από τα γρήγορα. Τα πρωτόνια των αργών ρευμάτων έχουν
θερμοκρασίες περίπου μια τάξη μεγέθους χαμηλότερη από των γρήγορων. Αντίθετα, η
θερμοκρασία των ηλεκτρονίων φαίνεται να είναι συχνά περίπου η ίδια και για τις
δύο κατηγορίες ρευμάτων.
Ο Ηλιακός Άνεμος είναι πλάσμα πολύ μεγάλης αγωγιμότητας και ως εκ
τούτου διατηρεί το μαγνητικό του πεδίο μέσα του για πολύ χρόνο. Αυτό το
εκφράζουμε λέγοντας ότι το μαγνητικό πεδίο είναι παγωμένο στον Ηλιακό Άνεμο. Η
εκτόνωση του Ηλιακού Ανέμου και το παγωμένο μαγνητικό του πεδίο είναι οι κύριοι
παράγοντες που διαμορφώνουν το διαπλανητικό μαγνητικό πεδίο. Για τη μορφή των
γραμμών του μαγνητι-κού πεδίου του Ηλιακού Ανέμου έχουν προταθεί διάφορα
μοντέλα, με κυρίαρχο του Parker. Σύμφωνα με αυτό οι μαγνητικές δυναμικές γραμ-
μές, εξαιτίας του ότι είναι παγωμένες μέσα στο πλάσμα και του ότι ο Ήλιος
περιστρέφεται, έχουν τη μορφή έλικας του Αρχιμήδη.
Αν και οι θεωρητικές προβλέψεις γενικά επιβεβαιώνονται από τις
διαστημικές μετρήσεις, οι παρατηρήσεις ετών δείχνουν μεγάλο εύρος συμπεριφορών
στον Ηλιακό Άνεμο και το διαπλανητικό μαγνητικό πε-δίο. Ακόμα και σε περιόδους
ηλιακού ελαχίστου, μπορούμε να δούμε διάφορες μορφές δυναμικών γραμμών και
ποικίλα χρονικά προφίλ των παραμέτρων του ηλιακού πλάσματος. Οι παρατηρούμενες
συμπεριφο-ρές παρέχουν ενδείξεις για μεταβλητότητα των πηγών του Ηλιακού Ανέ-
μου τις χρονικές και χωρικές μεταβολές. Επιπροσθέτως, όπως είναι γνωστό, το
ηλιακό στέμμα είναι μια εξαιρετικά δυναμική περιοχή που δί-δει εκρηκτικά
φαινόμενα τα οποία επηρρεάζουν το διαπλανητικό χώρο, άρα και τον Ηλιακό Άνεμο
που ταξιδεύει σε αυτόν μαζί με το διαπλανη-τικό μαγνητικό πεδίο.
Η αποστολή STEREO ξεκίνησε το 2006, δίδοντάς μας για πρώτη φορά την
ευκαιρία στερεοσκοπικής παρατήρησης του Ήλιου και του διαπλανητικού χώρου.
Αποτελείται από δύο σχεδόν πανομοιότυπα δια-στημόπλοια κινούμενα σε
ηλιοκεντρικές τροχιές περίπου στη 1 AU που παρατηρούν ταυτόχρονα τον Ήλιο
παρέχοντας εικόνες του σε διάφορα μήκη κύματος, παραμέτρους πλάσματος,
υπέρθερμων και ενεργητικών ηλιακών σωματιδίων και μετρήσεις μαγνητικού πεδίου.
Με την αποστο-λή STEREO αναμένουμε πληροφορίες που θα συμβάλλουν στην περαι-
τέρω διαλεύκανση διαδικασιών στον Ήλιο και το διαπλανητικό χώρο, στο πώς
προκαλούνται και εξελίσσονται, σε τρεις πλέον διαστάσεις, φαινόμενα και δομές,
όπως οι Εκτινάξεις Στεμματικής Μάζας, ο Ηλιακός Άνεμος, οι στεμματικοί βρόχοι,
τα μαγνητικά πεδία κλπ.
Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη ρευμάτων Ηλιακού Ανέμου
και του διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου με δεδομένα της απο-στολής STEREO τη
διετία 2007 – 2008. Ειδικότερα, εξετάζονται σε συ-γκεκριμένες περιόδους η
πιθανή μεταβλητότητα των πηγών του Ηλια-κού Ανέμου και η μορφή των γραμμών του
διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου. Επιχειρείται γεωμετρική κατασκευή των γραμμών
για πρώτη φορά με τη βοήθεια μετρήσεων πλάσματος και μαγνητικού πεδίου από τα
πειράματα PLASTIC και IMPACT της αποστολής. Επειδή εστιάζουμε στον Ηλιακό
Άνεμο, η περίοδος ηλιακού ελαχίστου είναι η καλύτερη δυ-νατή για τη μελέτη μας,
δεδομένου ότι δε λαμβάνει χώρα μεγάλος αριθ-μός μεταβατικών φαινομένων στο
στέμμα και το διαπλανητικό χώρο και ο Ηλιακός Άνεμος κυριαρχεί.
Στο πρώτο κεφάλαιο δίδονται θεωρητικά στοιχεία για τον Ηλιακό Άνεμο,
το διαπλανητικό μαγνητικό πεδίο και την αλληλεπίδραση μεταξύ των ρευμάτων του
Ηλιακού Ανέμου. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται περι-γραφή των μετρικών ηλιακών
ραδιοεξάρσεων στη μελέτη των οποίων επικεντρώνεται σε σημαντικό βαθμό η
αποστολή STEREO. Το τρίτο κεφάλαιο πελαμβάνει μια γενική εικόνα της αποστολής,
των επιστημονι-κών της στόχων καθώς και τα αναγκαία θεωρητικά στοιχεία για την
κατανόηση των διαδικασιών μέτρησης στα πειράματά της. Στο τέταρτο κεφάλαιο
περιγράφονται λεπτομερώς οι λειτουργίες των πειραμάτων SECCHI και WAVES και
εξηγούνται βασικές τεχνικές λεπτομέρειες. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται η
λειτουργία των πειραμάτων IMPACT και PLASTIC και εξηγείται η επιλογή των
μετρήσεων από αυτά για την πα-ρούσα εργασία. Στο έκτο κεφάλαιο αναφερόμαστε στα
κριτήρια επιλο-γής των περιόδων που μελετήσαμε και περιγράφεται η μέθοδος κατα-
σκευής των γραμμών του διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου με τη χρή-ση των
πειραματικών δεδομένων της αποστολής. Στο έβδομο κεφάλαιο εξετάζονται διεξοδικά
έξι περίοδοι τη διετία 2007-2008. Γίνεται συζήτη-ση επί της χρονικής μεταβολής
των φυσικών μεγεθών που μετρήθηκαν καθώς και επί της πιθανής σύνδεσής τους με
την κατάσταση στον Ήλιο την αντίστοιχη χρονική περίοδο. Σχολιάζεται η μορφή των
γραμμών του διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου για τις δύο περιοδους στις οποίες
κατασκευάστηκαν. Τέλος συνοψίζονται τα κεντρικά συμπεράσματα που προέκυψαν από
την παρούσα μελέτη.
Λέξεις-κλειδιά:
Ρεύματα Ηλιακού Ανέμου, Διαπλανητικό Μαγνητικό Πεδίο, STEREO, NASA, Ραδιοήλιος
