Eguzki-dinamoa, tximeletak eta aurorak

Ez dakit noiz hasi zen gizakia hizketan. Wikipediaren arabera, Chomskyk dio orain dela 100.000 bat urte eman genuela jauzi ebolutibo hori; auskalo. Seguru dakidana da gure aurrekoek erraz komunikatu ahal izan zutenetik denbora gutxira eduki zituztela Eguzkiari buruzko lehen elkarrizketak. Egunak literalki argitzen dizkigun bola erraldoiaz ezer berririk esatea ez da erraza, baina gaurkoan interesgarria iruditzen zaidan prozesu fisiko bat aurkezten saiatuko naiz: eguzki-zikloa. Euskaraz ezin izan dut topatu gaia sakonki jorratzen duen ezer, beraz, zergatik ez saiatu? Eguneroko bizitzan oso noizean behin agertu ohi den kontzeptua da, askorentzat ezezaguna; hala ere, noizbait topatuko duzu aurorak ikusteko probabilitateaz hitz egiten dizun norbait, edo aldaketa klimatikoak gizakiarekin zerikusirik ez duela diotsuna, Eguzkia eboluzioan dagoela argudiatuz. Beno, ba honen atzean dagoen fisika konplexua ahal dudan modu ulergarrienean transmititzen saiatuko naiz, ea lortzen dudan.

Hasteko, zer da dinamo bat, eta zergatik agertzen da izenburuan? Dinamoa energia zinetikoa energia elektromagnetiko bihurtzen duen sistema bat da. Bizikletaren gurpilen biraketa linternako argia pizteko elektrizitate bihurtzen duen gailua. Edo haizearen mugimendua fabrikak martxan jartzeko energia elektriko bihurtzen duen errota. Energia eraldatzen den tokietan, sarri dinamo-prozesu bat egoten da. Eta badakigu Eguzkiak materiaren mugimendu eta erradiazio-isuri konstanteak dituela. Baina has gaitezen hasieratik.

Plasma:

Eguzkia, funtsean, biraka dabilen plasmazko bola erraldoi bat da. Eta plasma, funtsean, gas ionizatu bat: partikulen higidura gas batean edukiko luketenaren antzekoa da, hau da, libre mugitzen dira norabide guztietarantz, elkarren artean etengabe talka egiten.¹ Ionizatuta egoteak esan nahi du partikula horietako bakoitza ez dela neutroa, karga duela, alegia. Eguzkiaren barnean, tenperatura ikaragarri altuak direla eta, ia partikula guztiak ioiak dira. Nahi izanez gero, Eguzkiko plasma positibo eta negatiboki kargatuta dauden partikula txikiz osatutako zopa dentso eta berotzat imajina dezakegu.

Plasma hori etengabe dago mugimenduan izarraren zentrotik datorren argiak bultzatuta; burbuilak sortzen dira, berotu eta hoztuz kanporantz eta barrurantz higitzen dira… kazolan irakiten utzitako zopa legez. Batxilergoko fisika ikasi duenak jakingo du elektrikoki kargatuta dauden partikulek, mugitzen direnean, eremu magnetikoak sortzen dituztela. Eguzkia ez da salbuespen bat, etengabe aldatzen diren eremu magnetikoz osatuta baitago; eremuak sortu eta deuseztatu egiten dira, forma eta norabidea aldatzen dute… Ulertu eta ikertzeko buruhauste bat dira, egia esanda.

Hala ere, nahikotxo dakigu eremu magnetiko horiei buruz, lan teoriko, konputazional eta behaketa bidez informazio asko lor baitezakegu. Badakigu, adibidez, eskala oso ezberdinetako eremu magnetikoak existitzen direla: metro gutxi batzuetako tamaina duten arkuetatik eguzki-sistema osoa barne hartzen duen eremu interplanetariora (Neptunoren orbita baino haratago heltzen dena). Edonola ere, eskala desberdinetako eremuak egoteak ez du esan nahi elkarren independenteak direnik; izan ere, ez dago bata bestea gabe.

Eguzki-dinamoa:

Gaurkoan, Eguzkiaren tamaina antzekoa duen eremuan zentratuko gara, “eskala handikoa” deritzoguna. Hori sortzeko eskala handiko plasmaren mugimenduak behar dira, esaterako, errotazioa. Gure izarra, Lurra bezalaxe, bere ardatzaren inguruan biraka dabil, eta honek esan nahi du plasma higitzen ari dela ekialdetik mendebalderantz. Eskala handiko mugimenduak aztertzean oso prozesu interesgarri eta konplexuak topatzen dira. Hitz gutxitan, eta asko sinplifikatuz, Eguzkiaren eskala handiko eremu magnetikoa ziklikoki aldatzen da materiaren higidurak bideratuta; 1. irudiaz baliatuko naiz bilakaera azaltzeko. 

1. Irudia: Eguzkiaren eskala handiko eremu magnetikoaren bilakaera periodo erdian zehar. Ondoren, kontrako norantzan gertatzen denean, guztira periodo bat betetzen da. Gezi gorriek eremuaren norabide eta norantza sinplifikatua adierazten dute, eta gezi urdinek plasmaren errotazioarena. E. F. Dajka-k eginiko irudi baten edizio propioa da.

Jo dezagun hasieran beheranzko norabidea duela eremuak, iman bat bezala, eremu dipolar (edo poloidal) bat dela esaten dugu (1. irudian, ezkerrean). Bertatik bost urte ingurura, eremuak donut (hitz teknikoetan, toroide) itxura edukiko du (1. irudian, erdian). Bost urte geroago gorantz begiratuko du (berriz ere poloidala. 1. irudian, eskuinean). Ondoren, prozesua kontrako norantzan gertatuko da (gorantz hasi, donut, beherantz bukatu), eta orduan iterazio bat bete dela esan dezakegu. Bide horretan zehar plasmaren energia zinetikoa (mugimendua) energia elektromagnetiko (eremu magnetiko) bihurtu da, eta alderantziz. Prozesu osoak 22 urte inguru irauten du, eta Eguzkia sortu zenetik gaurdaino errepikatu da. Horixe da Eguzki-dinamoa, hitz gutxitan!

Eguzki-zikloa:

Eguzki-dinamoa aztertzea, ordea, ez da tribiala. Gizakiok Lurretik (edo sateliteetatik) neurtu daitekeena bakarrik azter dezakegu, eta, zoritxarrez, eremu magnetikoa ez da ikusten. Jakina, zuzenean neurtzeko ezin dugu milaka gradura dagoen plasmara tresna bat bota eta bizirautea espero.² Hemen hartzen du garrantzia gaurko bigarren sistema fisikoak: Eguzki-orbanak. 

Orbanak egitura magnetikoak dira, eta, ulertzeko, jakin behar dugu Eguzkiko plasma ez dela guztiz aske mugitzen, ionizatua dagoelako. Eremu magnetikoarekin “izoztuta” dagoela esaten da: plasmaren dentsitatea oso handia denean (barnealdeko geruzetan) partikulen higidura jarraituz aldatzen da eremua, eta dentsitatea baxua denean (kanpoaldean) alderantziz, eremuak markatutako bidea jarraitzen du plasmak. Gainera, eremu magnetiko indartsuko inguruetan, plasmaren tenperatura eta dentsitatea asko jaisten dira.

2. Irudia: Eguzki-orban talde bat. Orban bakoitzaren zentroko ingurune beltza unbra da eta inguratzen duen eraztuna, penunbra. Barnean eremu magnetikoa oso indartsua da eta plasma, aldiz, hotza eta dentsitate gutxikoa inguruarekin alderatuta. Argazkia NASA-ren webgunean dago.

Horren ondorioz, Eguzkiaren kanpoaldeko geruzetan eremu magnetiko indartsuko inguruneak sortzen direnean, bertatik emititutako argiaren intentsitatea baxua da. Zonalde horiek orban itxurako egitura gisa ikusten ditugu Eguzkiaren azalean. 2. irudian tamaina ezberdinetako orbanez osatutako talde bat ikusten da. Bakoitzaren zentroko zonalde beltzari unbra deitzen diogu eta inguratzen duen eraztun ilunari, penunbra. Eskala handiko eremu magnetikoa (aurreko atalean azaldua) indartsua den tokietan eskala txikiko eremu gehiago azaleratzen dira, eta, hala, orban gehiago sortu.

Eguzki-orbanek, hortaz, eskala handiko eremu magnetikoari buruzko informazioa lortzeko balio digute. Magnetismoaren “behagarri” bat direla esaten dugu. Baina, zer egingo dugu honekin? Bada, egin daitekeen analisi errazenetako bat orbanen kantitatea eta posizioa neurtzea da. 3. irudiko beheko grafikoan ikusten duguna zera da: behaketa sistematikoak hasi zirenetik urte bakoitzean batez beste Eguzkiaren zer azalera egon den orbanez osatuta.

3.irudiko goiko grafikoan, ardatz bertikalean latitudea dago (ekuatorearekiko distantzia, gradutan) eta koloreak orban kantitatea adierazten du. Argi eta garbi ikusten da gutxi gorabehera 11 urtero errepikatzen den ziklo bat. Denbora tarte honetan, orbanak poloetatik ekuatorerantz mugitzen dira. Egiazki, orban indibidualak ordu batzuk bizi ohi dira (gehienez hilabeteak, intentsitate oso handia badute), baina eskala handiko eremua indartsua den zonaldean behin eta berriro sortzen dira. Hortxe dugu dinamo-eremuaren eboluzioa.

3. Irudia: Goian, urte bakoitzean eguzki-orbanek betetako azaleraren ehunekoa (kolore eskalan), ardatz bertikalean adierazitako latitude bakoitzean. Behean, eguzki-orbanek betetako azaleraren ehuneko totala. Irudia NASA-ren webgunean dago.

Eskala handiko eremu magnetikoa poloidala denean (iparraldetik hegoaldera, edo alderantziz), orban gutxiago daude eta poloetatik hurbilago sortzen dira. Toroidal (donut itxurako) bihurtzen doan heinean, eremu magnetikoa latitudez jaisten da, eta orbanak ekuatorerantz garraiatzen ditu. Gainera, eremu toroidala gainazaletik gertuago dago, eta, beraz, guztira orban gehiago daude.

Agian konturatuko zinen 11 urteko tarte hori aurrez azaldutako dinamoaren periodo erdia dela; orbanen sorreran ez du garrantzirik eremu poloidalaren noranzkoak, berdin sortzen dira iparraldetik hegoalderantz badago edo alderantziz.³ Hori, orbanez gain, Eguzkiaren eremu magnetikoarekin erlazionatutako fenomeno askotan behatzen da, eta horregatik erabiltzen dugu “eguzki-ziklo” kontzeptua 11 urtero errepikatzen den aktibitate magnetikoaren gorabeherak deskribatzeko. 

Eguzki-fisikan “tximeleten grafiko” gisa ezagutzen da 3. irudiko goialdeko grafikoa, bertan sortzen diren formengatik. Izenburuan erabiltzeak “clickbait”-etik pixka bat badu ere, grafikoa eguzki-zikloa ezaugarritzeko oso garrantzitsua izan da historikoki, eta eguzki-dinamoa azaldu nahi duen eredu fisiko orok erreproduzitu beharreko zerbait da. 

Honezkero, Eguzkiaren eremu magnetikoaren fisika aztertu dugu, eta baita hori behatzeko baliagarria zaigun metodo bat aurkeztu ere. Bukatzeko, gertuagokoa zaigun fenomeno batera hurbilduko gara.

CMEak eta aurorak:

4. Irudia: Goian, 2012an atzemandako CME bat. NASAren webgunean irudia eta gertakizunaren bideo bat ikus daiteke (oso gomendagarria). Behean, 2024ko maiatzean Donostian ikusitako aurora bat, Aranzadik publikatua.

Eremu magnetiko kontzentrazio handiek, eguzki-orbanez gain, beste hamaika fenomeno sortzen dituzte: arku magnetikoak, filamentuak, prominentziak... eta leherketak. Noizbehinka, Eguzkiaren azalean “flare” izeneko eztandak gertatzen dira eremu magnetiko oso indartsuek bideratutako zonaldeetan. “Flare” baten ostean, batzuetan, masa kantitate handiak igortzen dira espaziorantz, CME (ingelesez, Coronal Mass Ejection) deiturikoak.

CMEak, esan bezala, Eguzkiaren atmosferatik igortzen diren plasma kantitate ikaragarriak dira. 4. irudiaren goialdean 2012an atzemandako CME baten argazkia dugu (kanika bat dirudien hori Lurra da, eskala errealean). Lasai, Eguzkia uste baino askoz ere urrutiago dago, eta CMEak gurerantz emititzen direnean ez dugu inolako apokalipsirik jasaten, bidean asko barreiatzen baitira.

Hala ere, materia hori Lurrera iristen denean plasmako partikula kargatuek (ioiek) Lurraren beraren eremu magnetikoarekin topo egiten dute, eta ioi asko poloetarantz bideratzen dira. Atmosferarekin kontaktuan, ioiek elkarrekintza energetikoak edukitzen dituzte, bidean argia emitituz. Batik bat poloen inguruan ikus daitezken argi horiek dira, hain zuzen ere, aurorak.

Etengabe heltzen zaizkigu Eguzkiak emititutako partikulak Lurrera; eguzki-haizeen bidez “gutxi eta maiz”, CMEen bidez askoz era bortitzagoan. Lurraren orbita Eguzkiaren ekuatoretik gertu dagoenez, bertan eremu magnetiko indartsua dagoenean jasotzen dugu materia gehien. Hau da, 11 urtero aktibitatearen gailur bat bizitzen dugu Lurrean, besteak beste auroren kantitate eta intentsitatean nabaritzen dena. 2. iruditik extrapolatuz, ikus daiteke hurrengo maximoa 2024-2025 urteetan gertatuko dela! 2024ko maiatzean Eguzkiak Lurraren norabidetik oso gertu emititutako CME batek azken urteetan ikusi ahal izan diren aurora boreal indartsuenetakoak eragin zituen. Euskal Herrian ere ikusgai izan ziren (4. irudian, behean). Maximo honek 2025ean zehar bere horretan jarraituko du, beraz, momentu ona da Islandiara aspaldi planeatutako bidaia egiteko. Beste aukera kamara eskuan Kontxako pasealekuan CME bati itxarotea da. Noria erraldoian buelta bat eman eta izozki bat jateko aprobetxa dezakezu bitartean.

Orri-oinak

¹ Eguzkiko plasma ez da guztiz aske mugitzen, eremu magnetikoarekin “izoztuta” dagoela esaten da. “Eguzki-zikloa” atalean jorratuko da hori.

² Egiazki, magnetometroen bidez neur daiteke eremu magnetikoa zuzenean. Parker Solar Probe (2018), SolO (2020) eta Helios 1 & 2 (1974-1976) programek, besteak-beste, neurketak egin dituzte, baina satelitearen posizioko eremua bakarrik neur daiteke horrela, eta zaila da analisi sakonak egiteko adina datu lortzea. Gainera, sateliteak ezin dira Eguzki barneko eremua neurtzeko beste hurbildu.

³ Eremu magnetiko poloidalaren noranzkoa adierazten duten efektuak existitzen dira, Hale eta Joy-en legeak, esaterako. Orban talde eta bikoteen polaritatea aztertzearekin dute erlazioa. Baina, orbanak kontatu eta hauen posizioa bakarrik aztertuz, ez dago eremuaren noranzkoa bereizterik, eta 11 urteko Eguzki-zikloa neurtzen dugu.

Amaiera oharra

Erreferentziak