Jelenlegi tevékenység

Az obszervatórium a naptevékenység, a helioszférikus folyamatok és a Nap-Föld kapcsolatok területén folytat kutatásokat. Az ATOMKI telephelyén működik miután 2016-ban az épületeit és észlelőműszereit bezárták. A napfolt-adatok publikálása az SDO/HMI műholdas észlelések, valamint az együttműködő földi obszervatóriumok észleléseinek felhasználásával folytatódik.

Történet

Hazai előtörténet. A magyar napfizika kezdetei két rendkívüli személyiség, Konkoly Thege Miklós és Fényi Gyula munkásságához kötődnek. Konkoly az általa alapított, kiépített és vezetett ógyallai (ma Hurbanovo, Szlovákia) obszervatóriumban az 1873 és 1919 közötti időszakban készített grafikus észleléseket a teljes napkorongról. Ezenkívül intenzíven foglalkozott változócsillagok észlelésével, csillagspektroszkópiával, földmágnességgel és meteorológiával is. Ezek a diszciplínák tulajdonképpen az ő működésétől számítják hazai kezdeteiket. Ez a mai szemmel szinte hihetetlen sokoldalúság ugyanakkor rendkívül színes egyéniségének csak a tudományos oldala, egyéb érdeklődési területeinek szerteágazó gazdagságáról is legendák keringenek. 1899-ben a Magyar Állammal kötött szerződéssel megalapította az első magyar csillagdát (tulajdonképpen az első állami tulajdonú magyar kutatóintézetet), ennek mai jogutóda a Magyar Tudományos Akadémia Csillagászati Kutató Intézete, melyhez obszervatóriumunk szervezetileg tartozik. Ezen intézetalapítás 100 éves évfordulóját 1999-ben megünnepeltük.

A másik nagy személyiség a soproni születésű, osztrák származású Fényi Gyula (Julius Fink), aki a jezsuita rend tagjaként a kalocsai Haynald obszervatóriumot vezette az 1880 és 1920 közötti időszakban. Érdekődése elsősorban a protuberanciák iránt nyilvánult meg, protuberanciaspektroszkópjával hatalmas anyagot gyűjtött és dolgozott fel, eredményeit a legjobb folyóiratokban publikálta hat nyelven. A kalocsai obszervatóriumban rajta kívül mások is (pl. Schreiber) készítettek grafikusan teljes napkorong-észleléseket, melyek ismereteink szerint az adott korból fennmaradt legjobb minőségű ilyen típusú észlelések.

A Nemzeti Kulturális Örökség Minisztériuma SzÖP 422 projekt támogatásával, valamint az OTKA F030957 program segítségével több éves munkával elkészült a kalocsai anyag digitalizálása és ftp útján elérhető a HSID -címről (Historical Solar Image Database, ld. lentebb), a programról angol nyelvű ismertetés is olvasható egy néhány észleléssel illusztrálva.

Konkoly és Fényi nemzetközi mércével is igen jelentős munkát végzett, hatalmas észlelési anyagot és nagyszámú publikációt, igen értékes örökséget hagytak maguk után. A Holdon kráterek őrzik nevüket. 1906 július 1-én készített kalocsai napkorong-kép. Film: A Nap rotációja 1906-ban kalocsai észleléseken ( gif, és avi formátumban, az animációkat készítette: Tóth László)

Debreceni történet. A hazai napfizika a Svábhegyen létesített Csillagdában éledt újra 1946-ban. amikor elhatározták egy Napfizikai Osztály felállítását. Az osztály 1958 elején a debreceni Kossuth Lajos Tudományegyetem Botanikus Kertjében álló egyetemi bemutató csillagda épületébe költözött és itt Dezső Loránt vezetésével az MTA Napfizikai Obszervatóriuma néven új kutatóintézet jött létre. A költözés után az egyetemi csillagvizsgáló eredeti épületét kibővítették, és két fotohéliográffal megkezdődött a rendszeres észlelés. 1972-ben az egyik fotohéliográf a gyulai víztorony tetején kialakított Gyulai Megfigyelő Állomásra került, ami kettős előnnyel járt. Egyrészt a világon csak egyetlen naptávcső van, melynek cölosztát-tükre a talajszinttől magasabban van, mint a gyulai távcső (43m), ami a leképezés szempontjából döntően fontos körülmény, másrészt így az év folyamán átlagban 50-nel több olyan nap van, amikor készül saját észlelésünk.

A hetvenes évek elején jelentős fejlesztés történt az obszervatóriumban, az épületet kibővítették és egy nagy koronográfot állítottak fel. A műszerhez spektrográf és egy Lyot-típusú H-alfa szűrő tartozik. 1980-ban az obszervatóriumot újból egyesítették az MTA Csillagászati Kutató Intézetével, amelynek jelenleg napfizikai osztályaként működik.

Fotohéliográf-program


Képek: A debreceni fotohéliográf és műszerháza A fotohéliográf a Nap teljes látszó korongját észleli a látható folytonos fényben fotografikusan (a "folytonos" kifejezés azt jelenti, hogy nem egy konkrét hullámhosszon, hanem egy eléggé széles hullámhossztartományban). Az észleléseken - a fotohéliogramokon - a Nap látható félgömbjének fotoszférája, felszíni rétege látható annak struktúráival, a granulációs szerkezettel, napfoltokkal és fotoszférikus fáklyákkal.

Minden nap készítünk fotohéliogram-sorozatokat (ha az időjárás engedi), melyek alapján meghatározható minden egyes folt pontos pozíciója és területe. A pozíció az ú.n. Carrington-féle héliografikus koordinátarendszerben van értelmezve, mely a geográfiai koordinátarendszerhez hasonlóan (+90)-(-90) fok szélességi és 360 fok hosszúsági körökre van osztva és a Nap átlagos felszíni szögsebességével forog. A Napfizikai Obszervatórium történetileg kialakult kutatási profilja nagyrészt ezen foltpozíciókhoz kapcsolódik, mivel a héliografikus pozíciók meghatározásának pontossága elismerten itt a legnagyobb, kb 0.1 héliografikus fok. Ez az adat másutt általában 1 héliografikus fok. E pontosság mögött az obszervatóriumban évtizedek alatt kifejlesztett módszertani háttér áll, amely a lehetséges szisztematikus hibák korrekciójának igen hatékony eszköze.


A NOAA 7420 számú aktív vidék képe
(az 1993 február 11-én 9:58:13-kor készített
teljes napkorong-észlelés részlete;
Győri Lajos észlelése a Gyulai Megfigyelő Állomáson)

A foltpozíciók fontos adatok olyan vizsgálatoknál, melyekben a foltcsoportok morfológiája illetve a foltok sajátmozgása lényeges tényező. Ilyen témák: naprotáció szerkezete, flerek (napkitörések) kapcsolata a foltok egymáshoz viszonyított gyors mozgásaival illetve a háttér mágneses térhez viszonyított "nyíró" elmozdulásaival, foltcsoportok kifejődésének és visszafejlődésének dinamikája és kapcsolata a mágneses tér struktúrájának fejlődésével, foltcsoportok morfológiai aszimmetriái, foltcsoportok tengelyének orientációja (ez a felszín alatti sebességterek lehetséges indikátora), foltok torziós rezgése. A szintén meghatározott foltterület-adatok néhány lehetséges felhasználása: a Nap irradiancia-változásainak modellezése, mágneses terek strukturális jellemzői, napfoltok visszafejlődési rátája stb.

Adatbázisok

Minden obszervatóriumnak az az egyik legfontosabb feladata, sőt küldetése, hogy hosszú távú, homogén észlelési anyagokat gyűjtsön azokról a jelenségekről, melyekre műszerei leginkább alkalmasak. Mivel igen sok jelenség csak hosszú idő alatt mutatkozik meg, tanulmányozásuk ilyen hosszú, homogén anyagok nélkül igen nehéz, esetenként lehetetlen lenne (nemcsak a csillagászatban, hanem pl a geofizikában, meteorológiában is).

Az előzménynek tekinthető Greenwich Photoheliographic Results (GPHR), a fotoszféra-adatbázisok klasszikus tagja, amelynek 1878 és 1976 között évenkénti egy kötete tartalmazta a foltcsoportok pozíció és területadatait minden napra. A sorozat hatása rendkívül jelentősnek bizonyult, reá alapozva nagy mennyiségű publikáció született. Hasonló adatbázisokat jelenleg a SOON hálózat tagjai (Solar Observing Network: Holloman, Learmonth, Ramey) illetve Tajpej szolgáltatnak.

A Debrecen Photoheliographic Results (DPR) program azután indult el, hogy Greenwich-ben végleg befejeződött a fotohéliográf-program. Az elgondolás az volt, hogy minden eddiginél részletesebb és pontosabb katalógus készüljön a napfoltokról és nemcsak a pozíció és területadatokat, hanem a foltok mágneses polaritását is tartalmazza. A program azonban a foltok aprólékos azonosítása miatt rendkívül időtrablónak és munkaigényesnek bizonyult és mivel csak két kutató végezte, ezért jelentős elmaradás támadt a katalógus megjelentetésében. Az elkészült anyagok azonban az eddigi legrészletesebb információkat tartalmazzák a foltokról és foltcsoportokról, hálózaton elérhetők az obszervatórium ftp szolgáltatásán.

A Debrecen Photoheliographic Data (DPD) programot a fent említett elmaradás kényszerítette ki. Az obszervatórium DPR-ben nem érintett kutatói egy olyan katalógus munkálatait indították el, mely mindazt az adatot magába foglalja, ami az általunk készített fotohéliogramokból kiolvasható, tehát minden napra minden egyes folt pontos pozícióját és területét, de nem tartalmazza a más obszervatóriumoktól kapott polaritás-adatokat illetve a foltok egyik napról másikra való azonosítását, mivel ez utóbbiak hihetetlenül élőmunka-igényes feladatok. A fő cél a felhalmozott elmaradás ésszerű időn belüli megszüntetése. Ennek érdekében Győri Lajos vezetésével jelentős módszertani fejlesztések is történtek, amelyek a munka egy részét automatikussá teszik, ez a fejlesztés jelenleg is folyamatban van. Az elkészült DPD-anyagok hozzáférhetők ftp címünkön. Korlátozott számú nyomtatott anyag is készül belőlük (kizárólag obszervatóriumokkal fenntartott publikációcsere céljára) és egy csillagászati CD-folyóiratban (Journal of Astronomical Data, JAD) megjelenik egy olyan változata, mely az egyes aktív vidékek fits-formátumú képét is tartalmazza a foltok azonosító számaival. Ezek az anyagok is hozzáférhetők ftp-területünkről, melyeket a a folyóirat JAD 6, 1 (2000) és JAD 4, 2 (1998) számaiból vettünk a folyóirat engedélyével.

A Hungarian Historical Solar Drawings (HHSD) egy teljesen új kezdeményezésünk. Mivel az ógyallai és kalocsai észlelések 1873 és 1920 között együttesen 48 évet fednek le, a Debrecenben 1958 és 2000 között készített észlelési anyaggal (közel kétszázezer lemez) együtt a magyar teljes napkorong-észlelések összesen 101 évet fednek le, ami az időtartam hosszát tekintve világviszonylatban a második legnagyobb fotoszféra-anyag, ami ráadásul minőség tekintetében is az elsők között van. Ez másrészt azt is jelenti, hogy a fehér fényben készített teljes napkorong észlelések gyűjtése a magyar csillagászatnak is a legnagyobb múltú programja. Ez a különleges helyzetünk arra inspirál bennünket, hogy egy olyan anyag összeállítását indítsuk el, mely minden olyan napra, amelyen a világon valahol észlelés készült, egy teljes napkorong-képet tartalmazna fits formátumban. A munka során 2000 szeptemberéig a kalocsai anyag digitalizálása készült el, részben az OTKA, részben a NKÖM milleniumi Szellemi Örökség Programja segítségével. Jelenleg a nyers adatok redukálása és a folytatáshoz szükséges nemzetközi együttműködés szervezése folyik. Az anyag jelentőségét jól érzékelteti egy ábra, mely a régebbi időszakra általában használatos greenwichi numerikus adatok, illetve egy konkrét kalocsai észlelés információtartalmát hasonlítja össze.

Az alábbi ábra (Tóth László és Mező György munkája) az eredeti észlelések és a redukált numerikus táblázatok információtartalma közötti különbséget szemlélteti. Az ábra az 1905 október 20-án észlelt összetett aktív vidéket mutatja. A felső rajz a GPHR (Greenwich Photoheliographic Results) alapján készült, a körök területei és pozícói megfelelnek az ott közölt foltterület és -pozíció adatoknak. Az alsó rajz a Kalocsai Obszervatóriumban készített teljes napkorong-észlelés részlete. Csak néhány alakzat azonosítható. Az ábra jól érzékelteti, hogy ha bármilyen finomabb morfológiai sajátságot vizsgálunk, az eredeti észlelés bizonyosan informatívabb, mint a numerikus táblázatok.

Kromoszféra-észlelések H-alfa-monokromátorral

A kromoszféra jelenségei az intézet koronográfjával és a hozzá csatlakozó H-alfa szűrővel vizsgálhatók. Érdemes megemlíteni, hogy mindkét műszer eredeti gondolata a zseniális francia csillagász, Bernard Lyot érdeme.

A koronográf egy G.M.Nikolsky által tervezett szovjet műszer, melynek több példánya működik a volt Szovjetunió utódállamaiban, valamint Wroclawban és Debrecenben. Objektívje 53 cm átmérőjű egytagú lencse, melynek fókusztávolsága 8 méter, a műszer effektív fókusztávolsága egy járulékos optikai egység révén 12 méter, így az észlelt napkorong átmérője kb 12 cm. A koronográf-konstrukció arra szolgál, hogy a műszerben fellépő szórt fényt (a korona földi megfigyelésének egyik fő akadályát) minimalizálja. Mivel a szórt fény másik - a légköri - forrásának zavaró hatása csak a legmagasabb hegyeken gyengülhet valamelyest, ezért Debrecenben igazán koronaészlelést nem végezhetünk, de a műszeres szórt fény alacsony szintje itt is igen fontos követelmény. A műszer optikai sajátságai kiválóak, hátránya viszont a nehézkes kezelhetőség, ami miatt csak nyugodt meteorológiai körülmények esetén üzemeltethető megbízhatóan.

A H-alfa szűrő más kifejezéssel polarizációs monokromátor, vagy kettőstörő szűrő néven is ismeretes, mivel a a műszer lelke egy polarizátorokból és kettőstörő kristályokból álló sorozat. Ha a fény a szűrőn keresztülhalad, a kimeneten csak a 6562.87 Angström hullámhosszúságú fény 0.5 Angström szélességű környezete látható. Ez a hullámhossz a hidrogén Balmer-sorozata (az n=2 kvantumszámmmal kapcsolatos energiaátmenetek sorozata) legerősebb tagjának, az ú.n. Balmer-alfa vagy más néven a H-alfa vonalnak a hullámhossza. Ha ezen észlelünk, akkor azt látjuk, ami a hidrogénnel történik a Nap atmoszférájában. A kromoszféra sűrűsége már igen alacsony a fotoszféráéhoz képest, azonban a hidrogénatomok száma mégis elég jelentős ahhoz, hogy a kromoszférában lévő hidrogén a nap felszinéről - a fotoszféráról - érkező fényt az itt említett saját hullámhosszán teljesen elnyelje, ezért ezen a hullámhosszon nem látunk le a fotoszféra-struktúrákig. A hidrogén által újra kibocsátott fény ezért azt a struktúrát tükrözi, amelyet a hidrogén a kromoszférában felvesz.

Ezen észleléseknek a fő célja a flerek vizsgálata. A flerek során végbemenő mágneses eredetű gyors energiafelszabadulás az adott aktív vidék kromoszférájában viszonylag rövid idő alatt helyi hőmérsékletnövekedést és felfénylést idéz elő, ami a H-alfa szűrőn keresztül regisztrálható. Észleléseink általában kapcsolódnak koordinált nemzetközi programokhoz.

Flare képe a H-alfa vonal centrumában (1999 június 27, 08:41:27 UT)

Nap-Föld fizika

A nem-szakmai közönséget azért is érdekli a naptevékenység, mert a csillagászati jelenségek közül ennek van a legnagyobb befolyása a földi környezetre. Ennek ellenére e hatások kimutatása és a mechanizmusok felderítése meglehetősen nehézkes a minket közvetlenül érintő alsó légkörben, mivel a Napból érkező hatások az alsó légkörig érve nagyon sok közbenső lépcsőn mennek keresztül.

Az obszervatórium tevékenysége két szálon (két paradigma szerint) is kötődik a naptevékenység alsó légkörre kifejtett hatásának vizsgálatához. Az egyik paradigma szerint az alsó légköri jelenségeket a Nap összsugárzásának, más szóval irradianciájának változásai befolyásolják, ami közvetlen összefüggésben van a látható napfelszín foltokkal való lefedettségével. Ennek az irányzatnak a művelését szolgálja - többek között - a fotohéliográf-program által nyújtott napfoltterület-adatsor.

A Nap-troposzféra hatások vizsgálatának másik irányzata meglehetősen újkeletű és az elektromágneses sugárzás helyett a részecskesugárzás változásainak hatását vizsgálja. Ennek hatását régen tanulmányozzák a felső légkörben és magnetoszférában, az alsó légkörben azonban alig, és ezen a területen obszervatóriumunknak jelentős előrelépés sikerült elérni. Több olyan új előjelszabályt sikerült kimutatni az atmoszférikus válaszban, ami egyértelművé teszi azt, hogy a részecskék (valójában a mágnesezett szoláris plazma) által közvetített effektusok hatékonyan képesek befolyásolni az alsó légköri folyamatokat.