Teravaim vaade Päikesele

Autor: Üllar Kivila

Hawaii Maui saarel Haleakalā observatooriumis asuv Daniel K. Inouye nimeline päikeseteleskoop on oma 4-meetrise läbimõõduga maailmas kõige suurema lahutusvõimega Päikese uurimiseks loodud observatoorium. Hiljuti avaldatud piltidel ja aegvõtetel õnnestus selle teleskoobiga lahutada Päikese pinnal kuni 20 km suuruseid detaile. Võrreldes Päikese 1,4 miljoni kilomeetrise läbimõõduga on see päris hea teravus - see on sama hea kui eraldada Maalt vaadates Kuu pinnal umbes 50-meetrist objekti. All: Rekordilise umbes 20 km lahutusvõimega jäädvustus Päikese pinnast. Lähivõtted näitavad valikut Kelvini-Helmholtzi lainepööristest.

Erakordse teravusega vaatluste abil õnnestus Päikese pinnal olevate graanulite - suurte soojusliku konvektsiooni mullide - äärtel näha Kelvini-Helmholtzi laineid, mille olemasolu oli juba varasemalt arvutuslike ja teoreetiliste mudelite põhjal ennustatud. Need tekivad gaasilises või vedelas (Päikese puhul plasma)keskkonnas erineva kiirusega liikuvate ainehulkade piirpinnal. Päikese puhul on need pöörised arvatavasti üheks peamiseks algpõhjuseks Päikese pursetele või loidetele. Et Päike koosneb plasmast - väga kuumast ja seetõttu ioniseeritud gaasist - tekitavad selle elektrit juhtiva ainemassi liikumised magnetvälju, mille jõujooned pööriselise liikumise (Kelvini-Helmholtzi lainete) tõttu põimuvad ja sõlme lähevad. Omavahel põimunud ja krussikeerdunud magnetväljade taasühinemine või sirgenemine vabastab suures koguses energiat, mis avaldubki päikesepursetena.

Pikemas perspektiivis võivad sellised vaatlused võimaldada seni veel üsna kaootilist ja raskestiennustatavat kosmoseilma ja päikesepurskeid paremini prognoosida, aga kui see eeldab pidevalt kogu Päikese jälgimist sellise rekordilise lahutusvõimega, et tulevaste loidete algeid tuvastada, siis sinnamaani on praktikas veel üsna pikk tee minna.

Päikese jäädvustuse mõõtkava võrdlus Hawaii saarestikuga, kus Inouye päikeseteleskoop asub. Eesti võrdluses - meie riik on ida-lääne suunal umbes 500 km pikkune, ehk umbes sama suur kui pildi ülal kujutatud mõõtkava joon.

Daniel K. Inouye teleskoop (vasakpoolne kõige suurem hoone) Hawaii Maui saare mäetipul Haleakalā obsrevatooriumis.

Kelvini-Helmholtzi lainepilvi esineb ka Maa ja teiste planeetide atmosfäärides - siin pildistatuna USAs Virginia osariigis 2019. aastal.

Eelneva vaate kontekst kogu Päikese peal.

Inouye päikeseteleskoobi fotod meie tähest

Eelmise aasta märtsis Hawaiil tööd alustanud Inouye päikeseteleskoop on avaldanud uusi detailseid fotosid meie kodutähe pulbitsevast pinnast. 25 aastat plaanitud ja 7 aastat ehitatud teleskoop on oma 4,24 meetrise peapeegli läbimõõduga kõigi aegade suurim Päikese uurimiseks mõeldud instrument.

Endiselt kestvate kalibreerimiste ja häälestamistööde kõrvalt (tegemist on ikkagi väga keerulise instrumendiga) avaldatud fotodel on näha enneolematus resolutsioonis Päikese nähtavat pinda ehk fotosfääri ning selle kohal asuvat veelgi kuumemat kromosfääri. Fotosfäärist võime eristada plasmast pulbitsevad konvektsioonirakke (granula), mille mõõtmeid võib võrrelda Prantsusmaaga. Paaril fotol näha olevaid tumedamaid niitjaid moodustusi kutsutakse fibriliteks ning need tekivad Päikese pinna all sõlmemässitud ja sellest kõrgemale ulatuvates magnetväljades hõljuvast plasmast. Lähivõtted päikeseplekkidest näitavad sellised piirkondi, kus tavapärane plasmakonvektsioon (ehk ringlemine) on magnetvälja häiritusest rikutud, mistõttu on need ümbritsevast madalamale temperatuurile jahtunud ning seetõttu paistavad tumedamatena. Päikeseplekkide juures eristatakse tumedamat keset (umbra - tlk vari) selle ümber moodustuvast veidi heledamast ja kuumemast piirkonnast (penumbria - tlk poolvari).

Peaaegu päikeseplekiks saanud piirkonna kohal nähtavad fibrilid.

Peaaegu päikeseplekiks saanud piirkonna kohal nähtavad fibrilid.

Peaaegu päikeseplekiks saanud piirkonna kohal nähtavad fibrilid lähedalt.

Päikese granulatsioon. Iga selline "rakukene" on kusagil Prantsusmaa mõõtu.

Siinkohal oleks vist paslik märkida, et hetkel asub Päikese Maa poole vaataval küljel üks tavatult suurte mõõtmetega päikeseplekk, mida on võimalik eristada isegi palja silmaga. Seda tehes tuleks Päikest vaadata läbi näiteks keevitusmaski või mitmekordse CD. Teine võimalus oleks oodata loojanguni, kui päikese poolt kiiratud valgus enam nii intensiivne ei ole. Kommentaaridest leiab NASA Solar Dynamics Observatory nimelise kosmoseobservatooriumi tänase foto Päikese pinnast ja sellel asuvate plekkide asukohast. Päikese pöörlemise tõttu nihkuvad järgnevate päevade jooksul pekid (kohati tuhmudes ja kasvades) meie poolkera vaatest paremale.

NASA Solar Dynamics Observatory nimelise kosmoseobservatooriumi tänane foto Päikese pinnast ja sellel asuvate plekkide asukohast. Suurem neist on piisavalt hiiglaslik (mitu Maa läbimõõtu), et olla õige vaatlustehnika puhul silmaga nähtav.

Niinimetatud Gregoriani skeemiga Inouye peegelteleskoop asub Hawaii Haleakalā nimelise vulkaani tipus merepinnast ligi kolme kilomeetri kõrgusel. Tänu sealsetele headele atmosfääritingimustele ning adaptiivseks optikaks kutsutud tehnikale suudab Inouye eristada meie kodutähe pinnal kuni 20 kilomeetrise läbimõõduga detaile.

Päikeseplekk. Tumedamat osa nimetatakse umbraks, vähem-tumedamat penumbriaks. Päikesepleki kese on ümbritsevast fotosfäärist kusagil 1500 kraadi madalama temperatuuriga ja kiirgab seega vähem valgust.

Päikeseplekk. Tumedamat osa nimetatakse umbraks, vähem-tumedamat penumbriaks. Päikesepleki kese on ümbritsevast fotosfäärist kusagil 1500 kraadi madalama temperatuuriga ja kiirgab seega vähem valgust.

Suurimaks väljakutseks taolise teleskoobi ehitamisel oli päikesevalguse koondamisel tekkiva soojuse hajutamine. Nimelt suudab Inouye nelja-meetrise tööläbimõõduga peapeegel koguda ligi 12 kW soojust. Soojusega võitlemine käib Inouye puhul kolmes etapis/asukohas. Esiteks on teleskoobi kuppel kaetud aktiivselt jahutatud plaatidega välistamaks nende soojenemisel tekkivat soojusvirvendust, mis moonutaks teleskoopi sisenevat kujutist. Teiseks jahutatakse peapeeglit ennast selle tagaküljele pidevalt puhuva külma õhuga ning selle ees asuva vedeljahutusega rõnga abil. Kolmandaks läbib peapeegli poolt koondatud ülipeen ja -kuum valguskiir kitsast sõõrikukujulist vedeljahutatud rõngast, mis eemaldab sellest kuni 95% soojusest. Kõik see jahutamine nõuab, et observatooriumi ümber on maha laotud üle 10 kilomeetri torusid, läbi mille üleliigset soojust ümbritsevasse eraldatakse. Muuhulgas valmistatakse observatooriumis öösiti suures koguses jääd, mida siis päeval torustiku jahutamiseks kasutatakse.

Teleskoop on nime saanud Hawaii legendaarse senaatori Daniel K. Inouye järgi.

Inouye päikeseteleskoop alustas tööd

Eelmise nädala kolmapäeval alustas ametlikult teadustööd Hawaiil asuv Inouye* päikeseteleskoop. 25 aastat plaanitud ja 7 aastat ehitatud teleskoop on oma 4,24 meetrise peapeegli läbimõõduga kõigi aegade suurim Päikese uurimiseks mõeldud instrument.

Niinimetatud Gregoriani skeemiga peegelteleskoop asub Hawaii Haleakalā nimelise vulkaani tipus merepinnast ligi kolme kilomeetri kõrgusel. Tänu sealsetele headele atmosfääritingimustele ning adaptiivseks optikaks kutsutud tehnikale suudab Inouye eristada meie kodutähe pinnal kuni 20 kilomeetrise läbimõõduga detaile. Teleskoop on mõeldud Päikest uurima nähtavas ja lähi-infrapuna kiirguses.

Suurimaks väljakutseks taolise teleskoobi ehitamisel on olnud päikesevalguse koondamisel tekkiva soojuse hajutamine. Nimelt suudab Inouye nelja-meetrise tööläbimõõduga peapeegel koguda ligi 12 kW soojust (mõelda, et mõnesentimeetrise läbimõõduga luubiga võib juba paberit põletada). Soojusega võitlemine käib Inouye puhul kolmes etapis/asukohas. Esiteks on teleskoobi kuppel kaetud aktiivselt jahutatud plaatidega välistamaks nende soojenemisel tekkivat soojusvirvendust, mis moonutaks teleskoopi sisenevat kujutist. Teiseks jahutatakse peapeeglit ennast selle tagaküljele pidevalt puhuva külma õhuga ning selle ees asuva vedeljahutusega rõnga abil. Kolmandaks läbib peapeegli poolt koondatud ülipeen ja -kuum valguskiir kitsast sõõrikukujulist vedeljahutatud rõngast, mis eemaldab sellest kuni 95% soojusest. Kõik see jahutamine nõuab, et observatooriumi ümber on maha laotud üle 10 kilomeetri torusid, läbi mille üleliigset soojust ümbritsevasse eraldatakse. Muuhulgas valmistatakse observatooriumis öösiti suures koguses jääd, mida siis päeval torustiku jahutamiseks kasutatakse.

All mõned Inouye abil tehtud fotod Päikese pulbitsevast pinnast, millel nähtavad "rakukesed" on umbes Prantsusmaa mõõtu. Fotod ei ole kuigi uued, vaid pigem varasem demonstratsioon teleskoobi võimekusest. Värsked fotod vajavad veel aega. Lisaks mõned fotod tehnikast endast.

*Teleskoop on nimetatud Hawaii legendaarse senaatori Daniel K. Inouye järgi.

Eelmise aasta kevadel tehtud foto päikeseplekkidest.

Lähivõte päikeseplekist, mis on ümbritsevast Päikese pinnast tuhatkond kraadi madalama temperatuuriga.

Päikese pinnal tantsivate rakkude suuruse võrdlus Texase osariigi ja Manhattani saarega.

Nelja meetrise peapeegli tagumine külg.

Observatooriumi sisemus.

Adaptiivne optika, mis võitleb Maa atmosfäärist tuleneva moonutusega. Nendest läätsedest ja peeglitest tuleb läbi peapeegli poolt koondatud valguskiir.

Valguskiired töötava teleskoobi korral.

Observatooriumi välisvaade.