Güneşin Manyetik Etkinlikleri

Galile, 1610 da basit teleskopuyla Güneş'e baktığı zaman (Gözünü kör etmemek için her hâlde önlem almıştır.), o güne kadarki inanışın tersine, yüzeyin kusursuz değil, siyah lekelerle kaplı olduğunu keşfetti. Bunların bir kısmı beyaz ışık fotografında görülebilir (Şekil 4.6). Beyaz alanlarla da çevrili olan bu güneş lekeleri çoğunlukla ikişerli olarak ortaya çıkar ve gruplar hâlinde kümeleşirler (Şekil 4.8). Kimi ancak sezilebilir, kimileri Yer'den daha büyük boyutlara ulaşır, ender olarak bazıları çıplak gözle de görülebilirler Bunun için siyah cam kullanılmalıdır. Bir leke umbra denilen daha derinde siyah bir özek ve onu çevreleyen grimsi bir çevreden oluşur; penumbra denilen grimsi çevre, fotosfere doğru eğimlidir ve koyu, açık çizgiler sergiler. Umbra aslında siyah olmaktan uzaktır, fakat 4500°K sıcaklığında olduğundan 5800°K den daha yüksek sıcaklıktaki çevresine göre koyu gözükür. Önce çok küçük gözlenen leke grubu zamanla gelişir, büyüklüğüne bağlı olarak birkaç günden birkaç aya kadar yaşayabilir. Güneş lekeleri, güneşle birlikte döndüklerinden, Güneş'in döndüğünü çok iyi gösterirler. (Şekil 4.6)'dan, onlardan Güneş'in katı cisim gibi dönmediğini, anlıyoruz. Ekvator bölgesi 25 günde bir döner, bu yavaşlayarak kutuplarda yaklaşık 34 günü bulur. Böylece Güneş, enleme göre diferansiyel dönme gösterir.

Güneş lekelerinin sayısı ortalama 11 yıllık bir çevrimle artıp azalır. Yeni lekeler, ekvatorun yaklaşık 35° kuzeyinde ve güneyinde ortaya çıkar, zamanla sayıları artar ve ortalama enlemleri ekvatora yaklaşır. Leke sayısı maksimumda iken herhangi bir anda 100 den fazla leke görülebilir. Minimumda ekvatorun 5° güney ve kuzeyinde ancak birkaç tane leke görülür. Bu, yaklaşık 11 yılda bir tekrarlanır.

Şekil 4.8: Güneş yüzeyinde bir leke grubu. Lekelerin ne denli büyük olduğunu göstermek için dünyanın büyüklüğü de resimde gösterilmiştir. Bazı büyük lekeler 3-4 Dünya boyutunda olabilir.

Güneş lekelerinin manyetik alanlarla ilgili olduğu anlaşılmıştır. Çeşitli tekniklerle yapılan gözlemler, Güneş'te güçlü manyetik alanların var olduğunu göstermiştir; leke yakınlarında şiddetleri, Yer'in manyetik alanının 3000 katına ulaşabilmektedir. Alan çizgileri, bir leke çiftinin birinden çıkıp ilmek oluşturarak diğerine girerler. Büyük olasılıkla lekeleri güçlü manyetik alanlar üretir. Bu bağlamda güneş lekeleri manyetik ilmeklerin ışık küredeki kesitleridir. Büyük manyetik ilmekler ışık küreden 400000 km yükseklere kadar uzanırlar. Güneşin üst atmosfer katmanlarını bu manyetik ilmekler kontrol eder. Leke çevriminin maksimumu sırasında büyük leke bölgelerinin üst kısımlarında ani ışık parlamaları gözlenir; bunlara, güneş parlamaları denir. Ender durumlarda bir parlama Yer büyüklüğüne ulaşabilir ve birkaç saat sürebilir. Güneş'in X-ışını görüntüleri, böyle parlamaların yüksek taç katmanında, etkin lekeli bölgelerin yukarısında manyetik alanların birleştiği noktalarda meydana geldiğini göstermektedir. Güneş patlamaları sırasında müthiş bir enerji açığa çıkar ve sıcaklık bölgesel olarak 20 milyon kelvine ulaşabilir. Bu olay, elektronları ışık hızının 1/3 üne kadar ivmelendirebilir ve X-ışınları üretir, bu X-ışınları aşağıda renk küreye çarpar ve optik olarak görülen parlamalara neden olur. Renk küre maddesinin (plazma) bir kısmı taç katmanına müthiş bir şiddetle geri fırlatılır. Taç katmanının yüksek sıcaklığını besleyen, bu manyetik enerji girdisi ve sayısız minik parlamaların -Güneş sakinken bile- ürettiği enerjidir.

Şekil 4.9: Güneşte görülen bir prominans.

Bir başka etkinlik göstergesi, prominans denen gaz uzantılarıdır; bunlar etkin bölgelerin (lekelerin) yukarısında, taç katmanından yoğuşan soğuk gaz sütunlarıdır (Şekil 4.9.). Kimisi sakindir, yüz binlerce km uzunluğunda olabilir; orada günlerce, haftalarca asılı kalabilir; kimisi aşağıya ışık küreye akarken; kimisi de patlayıp taç katmanı gazını önüne katarak Güneş'ten uzaklaştırıp uzaya yayar. Güneş sürekli değişken, şaşırtıcı ve onsuz olamıyacağımız bir varlıktır. Güneş'in manyetik etkinliği enlemsel manyetik ilmeklerin büyüklüğüne ve çokluğuna bağlıdır. Bu oluşumların varlığı ve değişimi ise dinamo modeli denen bir modelle açıklanır. Güneşte manyetik dinamonun verimi, yani Güneş etkinliği, temelde konvektif katmanla diferansiyel dönmenin oldukça karmaşık olan etkileşmesine bağlıdır .

Güneş Rüzgârı ve Etkileri

Güneş'in; ışık, radyo ve X-ışınları gibi her yöne elektromanyetik tedirginlikler gönderdiğini belirttik. Olay yalnız bu değildir. Güneş'ten her yöne sürekli parçacıklar akısı da vardır; bunlar çoğunlukla elektronlar ve protonlardır. Güneşin taç katmanından bu şekilde uzaya sürekli madde kaybı vardır. Buna güneş rüzgârı denir. Bunun etkisini kuyruklu yıldızlarda görüyoruz: Güneş rüzgârı nedeniyle kuyruklu yıldızların kuyruğu hep Güneş'ten öteye doğru uzanır.

Uydularla yapılan gözlemler göstermiştir ki Yer yakınlarında 1 cm³ den ortalama 10 kadar proton ve elektron geçer; ortalama hızları 400 km/s kadardır. Bir bakıma biz Güneş taç katmanının dış uzantıları içindeyiz. Güneş yakınlarında taç katmanı kuvvetli ve kapalı manyetik alanlar tarafından tutulur ve plâzmanın kaçması engellenir. Kaçan güneş rüzgârı genellikle X-ışını fotograflarında belirgin olan taç katmanı deliklerinden, yani açık manyetik alan çizgileri boyunca çıkar. Bu rüzgârın hızı değişkendir ve Güneş'in manyetik çevrimine bağlıdır.

Güneş rüzgârı ayrıca Yer'in manyetik alanını da rüzgâr yönünde şok dalgası biçiminde sıkıştırır; deniz hız motorunun önündeki suda oluşturduğu ve iki yandan arkaya uzanan dalga gibi. Bu dalga sınırları içinde yüklü parçacıklar manyetik olarak, Van Allen kuşakları denen iki bölgede hapsedilirler. Güneş rüzgârının basıncı sonucu Yer'in arka tarafında 100 Yer yarıçapını aşan uzunluklarda manyetik kuyruk oluşur. Güneş sisteminde manyetik alanı olan bütün gezegenler Güneş rüzgârından etkilenir. Güneş'in etkisi, rüzgârın yıldızlararası gaza girdiği yerde son bulur. Bu sınırın nerede olduğunu henüz bilmiyoruz. Güneş sisteminden farklı yönlerde çıkan üç uzay gemisi; Pioneer II, Voyager 1 ve Voyager 2 bunu bulmak için görevlidir. Bunlar gerçek dış uzaya, yani yıldızlararası uzaya belki de ancak 2020 yılında ulaşacaklardır.

Güneş'in manyetik etkinliğinin ve Güneş rüzgârının Yer üzerinde başka önemli etkileri de vardır. Taç katmanında büyük bir parlama olduğu zaman, özellikle Güneş leke maksimumu sırasında, artan güneş rüzgârı şiddeti yaklaşık iki gün sonra Yer'e ulaşır, Yer'in manyetik alanlarını sıkıştırır ve kutup akım halkalarına büyük miktarlarda yeni enerji bırakır. Bu güçlü elektrik akımı üst atmosferdeki havayı iyonlaştırır. Elektronlarla havanın aynı atom ve moleküllerinin yeniden birleşmesi "kutup ışığı" (güneyde ve kuzeyde) denen ışık gösterisi biçiminde göğü aydınlatır. Böyle "manyetik fırtınaların" radyo haberleşmelerini etkilediği, zaman zaman elektrik hatlarında arızalara neden oldukları bilinmektedir.

Güneş etkinliğinin daha uzun vadeli etkileri vardır. 1645-1715 arasında Güneş'te hemen hemen hiç leke görülmemiştir. Buna, olayı ortaya çıkaranın adıyla Maunder minimumu denir. Bu dönemde özellikle Avrupa'da çok ağır kışlar yaşanmıştır; buna kimileri "küçük buz çağı" demektedir. O hâlde bu sürede Güneş'ten daha az enerji gelmiştir. Ağaç halkalarındaki izotop bolluğu da Maunder minimumunu kanıtlamakta ve bu minimuma benzer 12 kadar dönemin yaşandığını göstermektedir. Açıkça Güneş etkinliği ile Yer iklimi yakından ilişkilidir, fakat bu ilişkinin ayrıntıları iyi bilinmemektedir.

Yeni anlaşılmaya başlanan bir başka etki de, Yer çevresinde yörüngeye yerleştirilen yapay uydular üzerindeki etkidir. Güneş etkinliğinin etkisi öyle büyük olmuştur ki Yer atmosferi genişlemiş ve sürtünme sonucu Sky Lab uzay istasyonu yere düşmüştür. Daha sonra fırlatılan Hubble Uzay Teleskopu bu yüzden daha yüksek yörüngeye oturtulmuştur.