Proč se Slunce zpomaluje?Veritasium

Naše Slunce se otočí okolo své osy přibližně jednou za měsíc. To víme už od roku 1611, kdy Johannes Fabricius pomocí svého teleskopu sledoval pohyb slunečních skvrn po povrchu Slunce. V roce 1996 ale mezinárodní tým vědců učinil překvapivý objev. Vnější vrstva Slunce se otáčí pomaleji než hlubší vrstvy. A nejen to. Zdá se, že se ještě neustále zpomaluje. Jak je to možné?

O co by se ve vesmírné prázdnotě mohlo Slunce brzdit? Nejdřív si ale vysvětlíme, jak zjišťujeme, co se odehrává uvnitř Slunce, té zářící koule plazmatu vzdálené 150 milionů kilometrů. Vděčíme za to slunečním otřesům. Turbulence v konvekční zóně vytváří obrovské vibrace. Díky vnitřní struktuře a složení Slunce se některé frekvence interferencí zesilují. Slunce se tak rozezní jako zvon.

Tyto seismické vlny se odráží od fotosféry, což je pozorovatelný povrch Slunce. Můžeme tak pozorovat vibrace uvnitř naší hvězdy. Jejich sledováním vědci dokázali odvodit vnitřní strukturu Slunce. Stejně jako funguje ultrazvuk. Tím přišli na to, že vnější vrstva Slunce se pohybuje pomaleji než vnitřní vrstvy. Nedokázali ale vysvětlit proč. Teď vědci možná konečně našli odpověď.

Napověděly jim částečky prachu obíhající kolem Slunce. Asi byste čekali, že budou obíhat stále stejně, tak jako planety. Tak to ale není. Průběžně totiž ztrácejí energii a stáčejí se směrem ke Slunci. Tyto částice nezpomaluje žádné tření. Ztrácejí energii, přestože se s ničím nesrážejí. Tedy kromě světla ze Slunce. Z pohledu Slunce jsou fotony vyzařovány kolmo z povrchu, ale z pohledu obíhajících částic fotony přilétají částečně zepředu.

Jako kapky padající na přední sklo jedoucího auta. Auto se brzdí o každou dopadající kapku kvůli jejich hybnosti. Stejně tak ztrácejí setrvačnost částice u Slunce kvůli dopadajícím fotonům. Fotony sice nemají žádnou hmotnost, ale podle Einsteinovy speciální teorie relativity mají svou hybnost. Každý den na Zemi dopadne 60 tun vesmírného prachu. Většina toho byla dříve dál od Slunce, ale dopadajícím zářením se přiblížila.

Světlo je tedy důvodem, proč vesmírný prach padá do Slunce. Tento Poyntingův-Robertsonův jev se jmenuje po fyzicích, kteří na to přišli roku 1937. Jak to ale pomáhá s vysvětlením zpomalujícího se povrchu Slunce? Tým vědců z univerzit na Havaji, v Brazílii a ze Stanfordu sledoval tenkou vrstvu plynu na okraji Slunce. Pozorovali ji nepřetržitě tři a půl roku a zjistili, že vnější vrstva Slunce se pohybuje ještě pomaleji než fotosféra pod ní.

To znamená, že se Slunce zpomaluje směrem z povrchu dovnitř. Přišli tedy se zajímavou hypotézou. Co když je Slunce zpomalováno svým vlastním světlem? Při Poyntingově-Robertsonově jevu částice ztrácí svou hybnost při srážce s fotonem. Ale hybnost vždy zůstává zachována, takže se ty fotony musí odrazit s vyšší hybností ve směru, kterým se původně pohybovala částice.

Fotony kradou hybnost prachovým částečkám a zdá se, že ji kradou i vnějším vrstvám Slunce. Fotony si proráží cestu z hloubky Slunce desetitisíce let přes jádro a konvekční zónu. Na povrchu je plazma pro světlo propustnější. Takže když se foton odrazí od sluneční částice naposledy, zpomalí tuto částici a odnese si s sebou část jejího momentu hybnosti. Vědci spočítali tuto sílu, kterou fotony zpomalují Slunce, a spočítali, jak moc by se měla vnější vrstva zpomalit od vzniku Slunce.

Zjistili že je to víc, než bylo třeba na úbytek úhlového momentu ve vnějších 35 000 kilometrů. Fotonové brzdění je zatím jediným vysvětlením, které odpovídá našim pozorováním. Fotony byly až doteď přehlíženy nejspíš proto, že hybnost jednotlivého fotonu je tak směšně zanedbatelná v porovnání se samotnou hvězdou.

Ale když se sečte působení všech fotonů v průběhu několika miliard let, je to síla, se kterou je třeba počítat. Toto brzdění nedokáže zastavit Slunce úplně. Nižší rychlost na povrchu se nepřenáší moc dobře do nitra kvůli zvyšující se hustotě a tlaku v hlubších vrstvách. Vědci spočítali, že by zastavení Slunce tímto mechanismem trvalo déle než celá existence vesmíru. Nicméně na výkonnější a rychleji rotující hvězdy bude mít tento jev mnohem větší vliv díky vyššímu počtu uvolněných fotonů a vyššímu momentu hybnosti.

Dokonce by to mohlo mít vliv na životní cyklus těchto hvězd. Vědci teď zjišťují, jaké to má dopady na magnetické pole Slunce a sluneční vítr, které mají přímý vliv na naši Zemi. Já si jen říkám, jak je úžasné, že něco tak nepatrného jako foton dokáže změnit pohyb celé hvězdy.

Překlad: Zarwan www.videacesky.cz