Choć są ciemniejsze, ich pojawienie się sprawia, że Słońce świeci mocniej. Co oznaczają plamy na Słońcu?

W tym artykule:

1. Czym są plamy słoneczne?
2. Jak powstają plamy na Słońcu?
3. O czym świadczą plamy na Słońcu?
4. Plamy na Słońcu a temperatura na Ziemi
5. Kto odkrył plamy na Słońcu?
6. Jak policzyć plamy na Słońcu?

Już w V wieku p.n.e. zauważyli je chińscy obserwatorzy. W połowie XIX wieku dowiedzieliśmy się, że ich liczba i położenie podlegają periodycznym zmianom, których okres to ok. 11 lat. W XX wieku naukowcy doszli do wniosku, że ich występowanie ma związek z wirami magnetycznymi w atmosferze słonecznej. Mowa o plamach na Słońcu – zjawisku tak samo fascynującym, jak tajemniczym.

Czym są plamy słoneczne?

Plama słoneczna to nic innego, jak ciemny obszar w fotosferze centralnej gwiazdy Układu Słonecznego. Struktury te najczęściej pojawiają się w grupach, a największe mogą mieć średnicę przekraczającą 50 tys. km. Wydają się niemal czarne i istnieją przez krótki czas (od kilku godzin do kilku miesięcy). W tym miejscu należy podkreślić, że ich czarny kolor jest de facto złudzeniem optycznym, wynikającym z różnicy temperatur plam i pozostałych obszarów Słońca.

Temperatura plam słonecznych to ok. 4000–5000 K. Są więc niezwykle gorące. Dlaczego zatem wydają się być czarnymi obszarami? To proste – kontrastują z wyraźnie gorętszym otoczeniem, którego temperatura to ok. 6000 K, a natężenie promieniowania podlega zmianie z czwartą potęgą temperatury.

Jakie tak naprawdę jest Słońce? Odkrywamy naszą gwiazdę

Plamy, wiatr i rozbłyski słoneczne? Co czeka Słońce w przyszłości? Jak dużo wiesz na temat gwiazdy, która towarzyszy nam na co dzień i sprawia, że życie na Ziemi jest możliwe?

Warto podkreślić, że okresowe występowanie plam nie jest charakterystyczne wyłącznie dla Słońca. Inne, podobne do niego gwiazdy, zwłaszcza czerwone karły, wykazują okresowe zmiany jasności. Podobnie jak gwiazda centralna, także mają własne plamy gwiazdowe, powstające w następstwie zbliżonych procesów.

Jak powstają plamy na Słońcu?

Za powstawanie plam na Słońcu odpowiada zjawisko rotacji różnicowej. Mowa o zróżnicowanych prędkościach kątowych różnych części podpowierzchniowej (czyli konwekcyjnej) warstwy Słońca. W obszarze równika okres obiegu to 25 dni, ale w okolicy 45. stopnia szerokości heliograficznej tempo rotacji spada, a okres obiegu wzrasta i wynosi 27,6 dnia. Natomiast w obszarze biegunów tempo rotacji jest najniższe, a okres obiegu wynosi 30,8 dnia.

W wyniku występowania rotacji różnicowej powstaje mechanizm generacji pola magnetycznego kosztem energii kinetycznej plazmy. W obszarze granicznym fotosfery i atmosfery energia plazmy jest mniejsza niż energia pól magnetycznych. To sprawia, że aktywność słoneczna wzrasta, co objawia się m.in. występowaniem plam słonecznych.

Innymi słowy, za powstawanie plam słonecznych odpowiada silne pole magnetyczne (strumień charakteryzuje się indukcją rzędu 0,4 tesli), które ogranicza zjawisko konwekcji. Gorąca plazma nie wznosi się do atmosfery, przez co powierzchnia fotosfery ochładza się i zapada (plamy na Słońcu są położone ok. 1000 km poniżej swojego otoczenia).

O czym świadczą plamy na Słońcu?

Liczba plam na Słońcu stanowi dla naukowców miarę aktywności centralnej gwiazdy Układu Słonecznego. Gdy plam jest najwięcej, należy przyjąć, że Słońce znajduje się w połowie trwania cyklu.

Obecnie nasza gwiazda znajduje się w 25. cyklu. Szczytowa faza aktywności przypadnie na 2025 rok, a dokładnie – na lipiec. Badacze są przekonani, że wówczas na Słońcu widocznych będzie ok. 115 plam.

Plamy na Słońcu a temperatura na Ziemi

Pozornie może się wydawać, że im więcej występuje plam na powierzchni Słońca, tym bardziej może spaść temperatura na Ziemi. W praktyce jest odwrotnie, bo gdy wzrasta liczba plam, centralna gwiazda wypromieniowuje więcej energii. Jak to możliwe, skoro temperatura plam jest wyraźnie niższa od temperatury otaczającej je fotosfery?

Pierwsze takie zdjęcie w historii. Teleskop uchwycił plamę słoneczną większą od Ziemi

Znajdujące się na hawajskiej wyspie Maui. Obserwatorium Haleakala opublikowało fotografię w bardzo wysokiej rozdzielczości, na której uwieczniono plamy słoneczne. Pierwsze tak dokładne zdj..

Plamom zawsze towarzyszą inne formy aktywności Słońca, w tym także tzw. pochodnie słoneczne. Pod tą nazwą kryją się obszary gorętsze niż średnia temperatura fotosfery (o ok. 300 K). W rezultacie, pochodnie z nadmiarem kompensują mniejszą emisję promieniowania, która występuje w obszarze plam słonecznych.

Potwierdzeniem tego niech będzie fakt, że w okresach występowania minimów aktywności słonecznej, w trakcie których plamy na Słońcu nie występują, temperatura spada. Tak było w latach 1790–1830, w których wystąpiło Minimum Daltona. Brak plam słonecznych stał się wówczas jednym z czynników, które doprowadziły do wystąpienia tzw. małej epoki lodowcowej na Starym Kontynencie.

Nie oznacza to jednak, że spadek aktywności słonecznej doprowadzi do globalnego ochłodzenia klimatu. Zdaniem naukowców, nawet gdyby w tym stuleciu wystąpiło minimum słoneczne porównywalne z Minimum Daltona, obniżona aktywność mogłaby wywołać ochłodzenie na poziomie 0,1-0,3 stopnia Celsjusza. Tymczasem wzmocnienie efektu cieplarnianego, wynikające ze wzmożonej produkcji gazów cieplarnianych, doprowadziłoby do wzrostu temperatury o ok. 2,4 stopnia Celsjusza. Mając na uwadze te szacunki, należy stwierdzić, że aktywność słoneczna wpływa na ziemski klimat w mniejszym stopniu niż działalność człowieka.

Kto odkrył plamy na Słońcu?

Najwcześniejsze wzmianki o plamach słonecznych pochodzą z V wieku p.n.e. Wówczas chińscy obserwatorzy dostrzegli ciemne obszary na powierzchni Słońca. Dogodne warunki obserwacyjne stworzyły im burze piaskowe. W latach 1610–1620 plamy na Słońcu obserwowało kilku astronomów – Galileusz, Thomas Harriot, Johannes i David Fabriciusowie i Christoph Scheiner. Plamy widziane przez teleskop najwcześniej, bo w 1611 roku, opisał Johannes Fabricius.

Jak policzyć plamy na Słońcu?

Indeks aktywności słonecznej, bazujący na liczbie plam na Słońcu, był prowadzony już w połowie XIX wieku, w oparciu o liczbę Wolfa. Johann Rudolf Wolf zdefiniował liczbę R plam jako sumę liczby grup plam (obszarów aktywnych) pomnożonej razy dziesięć i plam słonecznych (W = 10*g+f, gdzie g to liczba obszarów aktywnych, a f – liczba plam).

Wolf rozszerzył swoje obliczenia o dane historyczne, będące efektem trwających 150 lat obserwacji. W swojej pracy musiał zatem uwzględnić różną moc używanych teleskopów. W celu skorygowania potencjalnych różnic, wprowadził współczynnik skali k, który był określany osobno dla każdego obserwatora. W przypadku swoich obserwacji, stosował współczynnik k wynoszący 1. Wartość ta rosła dla obserwatorów korzystających ze starszych teleskopów i urządzeń przenośnych. By możliwie najdokładniej odtworzyć warunki, w jakich pracowali jego poprzednicy, w swoich obliczeniach nie uwzględniał najmniejszych plam, które nie miały półcieni, a plamy ze wspólnym półcieniem liczył łącznie.

Powstało niesamowite zdjęcie „uśmiechniętego” Słońca. Ma szansę stać się ikoną? Na razie wywołuje skojarzenia

Astronomowie NASA uchwycili bardzo nietypowe ujęcie Słońca. Nasza gwiazda wygląda, jakby szeroko uśmiechała się kreskówkowym uśmiechem. Takiej fotografii Słońca jeszcze nie było.

Po śmierci Wolfa, aktualizacji indeksu plam podjął się Alfred Wolfer. W swoich obliczeniach uwzględnił plamy bez półcienia, ale żeby przybliżyć wyniki do serii Wolfa zastosował współczynnik k wynoszący 0,6. W połowie XX wieku metodyka obliczania indeksu ponownie została zaktualizowana. Wówczas zaczęto uwzględniać także rozmiar plam słonecznych.

W 1980 roku „liczba Wolfa” została przemianowana na „międzynarodową względną liczbę plam słonecznych” (Ri). Do jej obliczania zaczęto używać danych rejestrowanych przez obserwatoria z całego świata (wcześniej dane zbierano w Zurichu), znormalizowanych do wartości pochodzących z referencyjnej stacji w Locarno.

Nasz ekspert

Artur Białek

Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.