MAGNETICKÁ REKONEKCE
ÚvodPokud se v poslední době hovoří o fyzice plazmatu, většinou diskuze sklouzne k přepojení magnetických silokřivek. Jde o jev, s jehož pomocí se daří vysvětlovat řadu dosud nepochopených dějů v plazmatu. Mezi ně patří například náhlá vzplanutí v koroně Slunce, jevy na hranici magnetosféry Země a meziplanetárního prostoru, jevy v atmosférách magnetarů, stejně tak jako jevy v laboratorním plazmatu. K přepojení magnetických silokřivek dochází na všech nám dostupných škálách. Pro tento jev není zatím ustálený český název. Nejčastěji hovoříme o přepojení magnetických silokřivek, o rekonekci (původní anglický termín je reconnection) nebo o magnetickém zkratu. Každý z nás zhruba ví, co je elektrický zkrat. Elektrický proud si najde kratší, výhodnější cestu. Obdobně může dojít k tomu, že magnetické silokřivky prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v RTG oboru. V každém případě však změna topologie magnetických silokřivek znamená zásadní změnu v chování plazmatu.
Pokud má plazma konečnou vodivost, může dojít k transformaci mezi magnetickou, tepelnou a kinetickou složkou energie. Přispívají k tomu proudy tekoucí v plazmatu a následný ohmický ohřev. Představme si, že v plazmatu se k sobě přiblíží dvě oblasti magnetického pole s opačně orientovanými silokřivkami. V této oblasti vzniká tzv. difúzní region. Ten je charakteristický velmi nízkou hodnotou magnetického pole. Právě zde dojde ke změně topologie magnetických silokřivek, jejich přepojení do nové konfigurace s nižší energií. Při přepojení tečou v difúzním regionu velké elektrické proudy, které zahřívají plazma. Energie magnetického pole je transformována do tepelné energie plazmatu. Horké plazma nadbytečnou energii intenzivně vyzařuje do okolí. Makroskopický pohyb plazmatu je při přepojení také ovlivněn. Před přepojením se plazma pohybuje kolmo na silokřivky směrem do difúzního regionu (červené šipky na obrázku). Po přepojení je plazma vytlačováno ve směru původní orientace magnetických silokřivek. Podle tvaru magnetických silokřivek se střed difúzního regionu, ve kterém je nulové pole, někdy nazývá neutrální bod typu X. V třírozměrné situaci tvoří hodnoty nulového magnetického pole celou křivku. V některých situacích způsobí nestability opakované přepojení magnetických silokřivek s periodicky se opakujícími body nulového pole tvaru X a O.
Po přepojení magnetických silokřivek vznikají plazmoidy (kompaktní plazmové útvary, které s sebou mohou unášet tzv. vmrznuté magnetické pole) a výtrysky – oblasti plazmatu, které odnášejí část energie magnetického pole transformovanou do energie kinetické a tepelné. Rekonekce na SlunciK nejznámějším jevům souvisícím s přepojením magnetických silokřivek patří výrony koronální hmoty (CME, Coronal Mass Ejection) na Slunci. V blízkosti povrchu se nacházejí silná lokální pole (například v okolí slunečních skvrn a protuberancí). Nezřídka se stává, že u protáhlé smyčky magnetického pole se proti sobě dostanou dvě oblasti opačně orientovaných polí. V takovém okamžiku může dojít k přepojení silokřivek a transformaci uvolněné energie do tepelné energie. Vznikne horký oblak hmoty zářící většinou v RTG oboru. Oblak se může oddělit od Slunce a v podobě plazmoidu s vmrznutým magnetickým polem putovat sluneční soustavou. Střetne-li se s některou planetou, obtéká rázovou vlnu a polárními kaspy (trychtýřovitá oblast v blízkosti magnetických pólů planety) proniká do magnetosféry planety. Způsobuje polární záře, magnetické bouře a další doprovodné jevy. V roce 2000 dokonce jeden z plazmoidů vyvržených ze Slunce proletěl magnetosférami Země, Jupiteru a Saturnu.
Sledování výronů koronální hmoty je velmi důležité. Vyvrhnutý plazmoid (pokud letí směrem k Zemi) může vyvolat magnetické bouře a vznik napětí, které je schopné poškodit rozvodné sítě elektrického proudu. CME dělíme podle měřené intenzity doprovodného RTG vzplanutí (X Ray Flare) na B, C, M a X.
Magnetosféra ZeměK přepojení magnetických silokřivek dochází často dochází často v magnetosféře Země. Na denní straně (směrem ke Slunci) dochází ke styku magnetických silokřivek meziplanetárního magnetického pole a vlastního pole Země. Pokud jsou směry silokřivek opačné a od Slunce k nám proudí zvýšený tok slunečního plazmatu, může dojít k přepojení mezi oběma typy silokřivek. Nabité částice pak podél vzniklé otevřené silokřivky vnikají do horních vrstev atmosféry, kde mohou vytvořit polární záře. Vtékající plazma naruší magnetosféru, dojde k magnetickým bouřím. Plazma se dostává do plazmového ohonu na noční stranu, kde způsobí další přepojení magnetických silokřivek a vznik plazmoidu s vmrznutým polem. K přepojení magnetických silokřivek může dojít i tehdy, je-li směr meziplanetárního pole shodný se směrem silokřivek na denní straně. K přepojení silokřivek pak dochází na bocích magnetosféry, nikoli přímo v oblasti místního poledne. Energie vzniklá při přepojení se transformuje do nízkofrekvenčních oscilací elektronů známých jako hvizdy. O možnosti přepojení magnetických silokřivek poprvé uvažoval James Dungey v roce 1961. Přepojení bylo přímo pozorováno družicí POLAR až v roce 2000. Měření byla doplněna o pozorování podmínek v plazmovém ohonu z družice Geotail.
MagnetaryMagnetary jsou neutronové hvězdy s extrémně silným magnetickým polem, které dosahuje hodnot až 1011 T. Jde o objekty s nejsilnějším známým polem ve vesmíru vůbec. Povrch magnetaru tvoří kůra z neutronů a magnetického pole, ve které dochází k opakovaným magnetotřesením. Magnetotřesením narušené a zprohýbané silokřivky magnetického pole se zpřetrhají a znovu spojí do energeticky výhodnější konfigurace. Při tom se uvolní značné množství energie, které zahřeje magnetickou korónu magnetaru. Vznikne horký oblak elektron pozitronových párů a fotonů (horká nehadronová hmota, ohnivá koule neboli fireball). Elektrony a pozitrony jsou zachyceny a drženy silným magnetickým polem, fotony unikají v podobě vzplanutí RTG nebo měkkého gama záření. Tyto nepravidelné RTG hvězdy nazýváme AXP (Anomalous X ray Plusar) a v případě gama vzplanutí SGR (Soft Gamma Repeater). Celkově je takových zdrojů známo v naší Galaxii přes deset. Vzplanutí se objevují v nepravidelných intervalech, hovoříme o tzv. aktivní fázi magnetaru. Někdy dojde ke katastrofické rekonekci magnetických silokřivek a k gigantickému záblesku, který je tisíckrát energetičtější než běžně se opakující vzplanutí. Zatím byly pozorovány tři takové případy (1979, 1998, 2004), v posledním byla uvolněná energie doposud nejvyšší, a to 1039 J.
Přepojení magnetických silokřivek je důležitým jevem, který se v přírodě uplatňuje častěji, než jsme si dosud mysleli. Pozorujeme ho jak v kosmickém, tak v laboratorním plazmatu a v posledních letech se magnetické přepojení dostalo oprávněně do popředí zájmu astronomů i plazmových fyziků.
|