Το αρχαίο σκίτσο του Κέπλερ αποκαλύπτει στοιχεία για το μυστήριο του ηλιακού κύκλου
Σκίτσο της ηλιακής κηλίδας από τον Johannes Kepler χωρίς τη χρήση τηλεσκοπίου. Πίστωση:Kepler Το 1607, ο Johannes Kepler πρόβαλε μια εικόνα του Ήλιου σε ένα κομμάτι χαρτί και εντόπισε μια σκοτεινή μουντζούρα. Νόμιζε ότι έβλεπε τον πλανήτη Ερμή να διασχίζει το αστέρι μας. Έκανε λάθος. Χωρίς να το καταλάβει, ο Κέπλερ είχε σχεδιάσει μια τεράστια ηλιακή κηλίδα, την παλαιότερη γνωστή εικόνα ηλιακών κηλίδων, που προϋπήρχε των οργανικών παρατηρήσεων του Ήλιου.
Αναλύοντας αυτό το εσφαλμένο σκίτσο, οι αστροφυσικοί περιόρισαν τελικά τον μαγνητικό ρυθμό του Ήλιου ακριβώς πριν εξαφανιστούν μυστηριωδώς οι ηλιακές κηλίδες του για 70 χρόνια.
Η γκάφα 400 ετών του Κέπλερ βοηθά στην επίλυση μιας μακροχρόνιας συζήτησης σχετικά με το πώς συμπεριφέρεται ο Ήλιος πριν εισέλθει σε ένα Μεγάλο Ελάχιστο, υποστηρίζοντας την άποψη ότι ο Ήλιος διατηρούσε έναν πιο τακτικό κύκλο από ό,τι είχαν υποδείξει ορισμένες ανακατασκευές.
Σκιές στον τοίχο
Οι αστρονόμοι συνήθως βασίζονται σε σύγχρονα τηλεσκόπια για να παρακολουθήσουν τη ρυθμική αποτρίχωση και την εξασθένηση της μαγνητικής δραστηριότητας στο άστρο μας. Αυτός ο ρυθμός περίπου 11 ετών - γνωστός ως ηλιακός κύκλος - υπαγορεύει τη συνολική ιδιοσυγκρασία του Ήλιου. Κατά τη διάρκεια ενός «ηλιακού ελάχιστου», η επιφάνεια του αστεριού είναι σχετικά ήρεμη και χωρίς ατέλειες. Αλλά καθώς ο κύκλος ανεβαίνει προς ένα «ηλιακό μέγιστο», το μαγνητικό του πεδίο μπλέκεται όλο και πιο χαοτικό. Αυτή η αυξημένη μαγνητική τάση συστρέφεται και κουμπώνει, πυροδοτώντας βίαιες ηλιακές εκλάμψεις και γεννώντας σκοτεινά, προσωρινά ελαττώματα στην επιφάνεια, γνωστές ως ηλιακές κηλίδες.
Από τότε που οι αστρονόμοι άρχισαν να αριθμούν επίσημα αυτές τις περιόδους 11 ετών το 1755, έχουν παρακολουθήσει αυτή την αιώρηση του ηλιακού εκκρεμούς σαν ρολόι. Αυτήν τη στιγμή οδηγούμε το κύμα του Solar Cycle 25.
Αλλά στις αρχές του 17ου αιώνα, τα τηλεσκόπια βρίσκονταν στην απόλυτη αρχή.
Για να απεικονίσει τον Ήλιο, ο Κέπλερ χρησιμοποίησε μια κάμερα obscura. Ανοίγοντας μια μικρή τρύπα σε έναν τοίχο, άφησε το φως του ήλιου να ρέει σε ένα σκοτεινό δωμάτιο και να πέσει πάνω σε ένα κομμάτι χαρτί, προβάλλοντας την επιφάνεια του Ήλιου.
Ο Ήλιος είναι μια σφαίρα από ηλεκτρικά φορτισμένο αέριο ή πλάσμα που αναδεύεται. Καθώς το αστέρι περιστρέφεται, σέρνει το δικό του μαγνητικό πεδίο, στρίβοντας και τυλίγοντας τις αόρατες γραμμές δύναμης. Όταν η τάση γίνεται πολύ μεγάλη, αυτές οι μαγνητικές ζώνες διαπερνούν την επιφάνεια. Καταστέλλουν τη θερμότητα που αναβλύζει από κάτω, δημιουργώντας μπαλώματα που είναι περίπου 3.800 Kelvin (3.527°C ή 6.380°F) — εντυπωσιακά ψυχρότερα από το περίπου 5.800 έως 6.000-Kelvin (5.527°C έως 5.727°F έως 5.727°F έως 100°F) φωτόσφαιρα που τα περιβάλλει.
Πορτρέτο του Johannes Kepler. Πίστωση:Wikimedia Commons Αυτή η έντονη αντίθεση στη θερμοκρασία και τη φωτεινότητα τα κάνει να φαίνονται ως σκοτεινές μουντζούρες ή κηλίδες στους παρατηρητές στη Γη, όπως αυτές που ο Johannes Kepler πίστευε λανθασμένα ότι ήταν ο πλανήτης Ερμής το 1607. Ο Κέπλερ τελικά συνειδητοποίησε το λάθος του μια δεκαετία αργότερα, ανακαλώντας επίσημα την έκθεσή του για τον Ερμή το 1618. Ωστόσο, οι σύγχρονοι αστρονόμοι αξιολόγησαν τόσο μεγάλους αστρονόμους κύκλους.
«Δεδομένου ότι αυτό το αρχείο δεν ήταν τηλεσκοπική παρατήρηση, συζητήθηκε μόνο στο πλαίσιο της ιστορίας της επιστήμης και δεν είχε χρησιμοποιηθεί για ποσοτικές αναλύσεις για τους ηλιακούς κύκλους τον 17ο αιώνα», δήλωσε ο Hisashi Hayakawa, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Nagoya και επικεφαλής συγγραφέας της νέας μελέτης, σε δήλωση του Πανεπιστημίου Nagoya.
"Αλλά αυτό είναι το παλαιότερο σκίτσο ηλιακών κηλίδων που έγινε ποτέ με μια οργανική παρατήρηση και μια προβολή."
Το ελάχιστο
Για να χαρτογραφήσουν τη συμπεριφορά του Ήλιου στο μέλλον, οι επιστήμονες χρειάζονται μια σαφέστερη εικόνα του παρελθόντος του. Μεταξύ 1645 και 1715, ο Ήλιος ήταν τρομερά ήσυχος. Οι ηλιακές κηλίδες ουσιαστικά εξαφανίστηκαν.
Ενώ η επίσημη παρακολούθηση του ηλιακού κύκλου ήρθε αργότερα, το ίδιο το τηλεσκόπιο εφευρέθηκε γύρω στο 1608. Εξέχοντες αστρονόμοι της εποχής —όπως ο Giovanni Cassini στη Γαλλία— κράτησαν σχολαστικές σημειώσεις και θαύμασαν ανοιχτά πόσο εντελώς κενός ήταν ο Ήλιος. Περιστασιακά περνούσαν χρόνια χωρίς να εντοπίσουν ούτε ένα ψεγάδι. Το 1671, το Cassini εντόπισε μια ηλιακή κηλίδα και έγραψε γι' αυτήν ως σημαντικό γεγονός, σημειώνοντας ότι είχαν περάσει περίπου 10 χρόνια από τότε που κάποιος δεν είχε δει μια τέτοια κηλίδα.
Οι ερευνητές αποκαλούν αυτή την εποχή το Maunder Minimum.
Επειδή τα τηλεσκοπικά αρχεία από εκείνη την εποχή είναι αραιά και όχι τόσο αξιόπιστα όσο θα ήθελαν οι αστρονόμοι, οι ερευνητές στράφηκαν ιστορικά στα αρχαία δέντρα για να καλύψουν τα κενά.
Όταν ο Ήλιος είναι πολύ ενεργός, το ισχυρό μαγνητικό του πεδίο λειτουργεί σαν ασπίδα, εμποδίζοντας τη διαστημική ακτινοβολία να φτάσει στη Γη. Αλλά όταν το αστέρι μας σιωπά, αυτή η ασπίδα πέφτει.
Οι κοσμικές ακτίνες πέφτουν στην ατμόσφαιρά μας και δημιουργούν έναν συγκεκριμένο τύπο άνθρακα που ονομάζεται άνθρακας-14. Καθώς τα δέντρα μεγαλώνουν, απορροφούν αυτόν τον άνθρακα από τον αέρα, παγιδεύοντας μια μόνιμη καταγραφή της ιστορίας του Ήλιου μέσα στους ξύλινους δακτυλίους τους.
Αλλά η ανάγνωση αυτών των δαχτυλιδιών είναι δύσκολη. Διαφορετικές ομάδες που ερμήνευσαν τα ίδια δείγματα κατέληξαν σε αντιφατικά συμπεράσματα σχετικά με τους ηλιακούς κύκλους που προηγήθηκαν αμέσως του Maunder Minimum.
Μερικοί ερευνητές υποστήριξαν ότι ο ηλιακός κύκλος που ονομάστηκε Κύκλος-14 (ο 14ος κύκλος πριν από τη σύγχρονη εποχή παρακολούθησης) ήταν ένα ασυνήθιστα σύντομο, πενταετές αδιέξοδο. Άλλοι ισχυρίστηκαν ότι ήταν ένας τυπικός κύκλος 11 έως 14 ετών. Χρειάζονταν ένα οριστικό τάι μπρέικ. Ο Κέπλερ είχε μια απάντηση.
Η ηλιακή μηχανή του χρόνου
Στις 18 Οκτωβρίου 2014, μια ηλιακή κηλίδα περιστράφηκε πάνω από την αριστερή πλευρά του ήλιου και σύντομα έγινε η μεγαλύτερη ενεργή περιοχή του Δεκεμβρίου 2014. Wikimedia Commons Ο Hayakawa και η διεθνής ομάδα του ανέλυσαν τα σωζόμενα σχέδια του Kepler - ένα φτιαγμένο στο σπίτι του και ένα άλλο σκιαγραφήθηκε βιαστικά αργότερα την ίδια μέρα σε ένα εργαστήριο ακρόπολης της Πράγας. Η ομάδα υπολόγισε την ακριβή κλίση του Ήλιου στον ουρανό πάνω από την Πράγα στις 28 Μαΐου 1607. Προσανατολίζοντας τα σχέδια του Κέπλερ σε αυτά τα σύγχρονα τροχιακά μοντέλα, συνήγαγαν πιο ακριβείς συντεταγμένες των ηλιακών κηλίδων που είδε.
Μια αρχή γνωστή ως νόμος του Spörer υπαγορεύει ότι στην αρχή ενός κύκλου 11 ετών, οι ηλιακές κηλίδες εκρήγνυνται σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη κοντά στους πόλους του αστεριού. Καθώς ο κύκλος εξελίσσεται, νέες κηλίδες εμφανίζονται όλο και πιο κοντά στον ηλιακό ισημερινό.
Τα σχέδια του Κέπλερ τοποθετούσαν τις ηλιακές κηλίδες του σε πολύ χαμηλό γεωγραφικό πλάτος. Αυτό σήμαινε ότι ο Ήλιος βρισκόταν στο τέλος του κύκλου του, όχι στην αρχή.
Ταιριάζοντας αυτό το σημείο χαμηλού γεωγραφικού πλάτους με τις επακόλουθες τηλεσκοπικές παρατηρήσεις που έγιναν μόλις λίγα χρόνια αργότερα, οι ερευνητές εγκατέστησαν σταθερά την παρατήρηση του Κέπλερ στο τέλος του Ηλιακού Κύκλου-14. Η μετάβαση στον επόμενο κύκλο έγινε ομαλά μεταξύ 1607 και 1610.
Τελικά ο Ήλιος συμπεριφερόταν κανονικά. Τα δεδομένα δακτυλίου δέντρου που υποδεικνύουν έναν κανονικό κύκλο 11 έως 14 ετών υποστηρίζονταν καθ' όλη τη διάρκεια. Το αστέρι μας δεν σκόρπισε και σταμάτησε στο Maunder Minimum. γλίστρησε μέσα του σταδιακά από κανονικό ρυθμό.
"Εντοπίζοντας τα ευρήματα του Kepler σε ευρύτερες ανακατασκευές ηλιακής δραστηριότητας, οι επιστήμονες αποκτούν κρίσιμο πλαίσιο για την ερμηνεία των αλλαγών στην ηλιακή συμπεριφορά σε αυτήν την κομβική περίοδο που σηματοδοτεί μια μετάβαση από τους κανονικούς ηλιακούς κύκλους στο μεγάλο ηλιακό ελάχιστο", είπε ο Hayakawa.
Ο Κέπλερ δεν είχε κανέναν τρόπο να ξέρει ότι παρακολουθούσε τους μαγνητικούς κύκλους ενός αστεριού. Απλώς σκιαγράφησε αυτό που έβλεπε, δουλεύοντας γύρω από τα τεχνολογικά όρια της εποχής του. Ωστόσο, αυτή η μεμονωμένη, εσφαλμένη ηλιοφάνεια διατήρησε ένα κρίσιμο κομμάτι της ηλιακής ιστορίας, αποδεικνύοντας ότι ήταν ο χαμένος κρίκος που χρειάζονταν οι αστρονόμοι τέσσερις αιώνες αργότερα.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε το 2024 στο The Astrophysical Journal Letters .
