Történet

Hazai elõtörténet. A magyar napfizika kezdetei két rendkívüli személyiség, Konkoly Thege Miklós és Fényi Gyula munkásságához kötõdnek. Konkoly az általa alapított, kiépített és vezetett ógyallai (ma Hurbanovo, Szlovákia) obszervatóriumban az 1873 és 1919 közötti idõszakban készített grafikus észleléseket a teljes napkorongról. Ezenkívül intenzíven foglalkozott változócsillagok észlelésével, csillagspektroszkópiával, földmágnességgel és meteorológiával is. Ezek a diszciplínák tulajdonképpen az õ mûködésétõl számítják hazai kezdeteiket. Ez a mai szemmel szinte hihetetlen sokoldalúság ugyanakkor rendkívül színes egyéniségének csak a tudományos oldala, egyéb érdeklõdési területeinek szerteágazó gazdagságáról is legendák keringenek. 1899-ben a Magyar Állammal kötött szerzõdéssel megalapította az elsõ magyar csillagdát (tulajdonképpen az elsõ 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 születésû, osztrák származású Fényi Gyula (Julius Fink), aki a jezsuita rend tagjaként a kalocsai Haynald obszervatóriumot vezette az 1880 és 1920 közötti idõszakban. Érdekõdése elsõsorban a protuberanciák iránt nyilvánult meg, protuberanciaspektroszkópjával hatalmas anyagot gyûjtött 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 minõségû 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 elérhetõ a HSID -címrõl (Historical Solar Image Database, ld. lentebb), a programról angol nyelvû ismertetés is olvasható egy néhány észleléssel illusztrálva.
 

Konkoly és Fényi nemzetközi mércével is igen jelentõs munkát végzett, hatalmas észlelési anyagot és nagyszámú publikációt, igen értékes örökséget hagytak maguk után. A Holdon kráterek õrzik nevüket.

1906 július 1-én készített kalocsai napkorong-kép.
 

     Film: A Nap rotációja 1906-ban kalocsai észleléseken (html, avi és mov 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 Dezsõ Loránt vezetésével az MTA Napfizikai Obszervatóriuma néven új kutatóintézet jött létre. A költözés után az egyetemi csillagvizsgáló eredeti épületét kibõvítették, és két fotohéliográffal megkezdõdött a rendszeres észlelés. 1972-ben az egyik fotohéliográf a gyulai víztorony tetején kialakított Gyulai Megfigyelõ Állomásra került, ami kettõs elõnnyel járt. Egyrészt a világon csak egyetlen naptávcsõ van, melynek cölosztát-tükre a talajszinttõl magasabban van, mint a gyulai távcsõ (43m), ami a leképezés szempontjából döntõen fontos körülmény, másrészt így az év folyamán átlagban 50-nel több olyan nap van, amikor készül saját észlelésünk.

A  hetvenes évek elején jelentõs fejlesztés történt az obszervatóriumban, az épületet kibõvítették és egy nagy koronográfot állítottak fel. A mûszerhez spektrográf és egy Lyot-típusú H-alfa szûrõ tartozik. 1980-ban az obszervatóriumot újból egyesítették az MTA Csillagászati Kutató Intézetével, amelynek jelenleg napfizikai osztályaként mûködik.

Fotohéliográf-program

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 idõjárás 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 foltpozíciók fontos adatok olyan vizsgálatoknál, melyekben a foltcsoportok morfológiája illetve a foltok sajátmozgása lényeges tényezõ. Ilyen témák: naprotáció szerkezete, flerek (napkitörések) kapcsolata a foltok egymáshoz viszonyított gyors mozgásaival illetve a háttér mágneses térhez viszonyított "nyíró" elmozdulásaival, foltcsoportok kifejõdésének és visszafejlõdésének dinamikája és kapcsolata a mágneses tér struktúrájának fejlõdésével, 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 jellemzõi, napfoltok visszafejlõdési rátája stb.

    Képek: A debreceni fotohéliográf és mûszerháza

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

Adatbázisok

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

Az elõzménynek tekinthetõ 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 jelentõsnek bizonyult, reá alapozva nagy mennyiségû 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 befejezõdött 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 idõtrablónak és munkaigényesnek bizonyult és mivel csak két kutató végezte, ezért jelentõs elmaradás támadt a katalógus megjelentetésében. Az elkészült anyagok azonban az eddigi legrészletesebb információkat tartalmazzák a foltokról és foltcsoportokról, hálózaton elérhetõk 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 élõmunka-igényes feladatok. A fõ cél a felhalmozott elmaradás ésszerû idõn belüli megszüntetése. Ennek érdekében Gyõri Lajos vezetésével jelentõs módszertani fejlesztések is történtek, amelyek a munka egy részét automatikussá teszik, ez a fejlesztés jelenleg is folyamatban van. Az elkészült DPD-anyagok hozzáférhetõk ftp-címünkön. Korlátozott számú nyomtatott anyag is készül belõlük (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 hozzáférhetõk ftp-területünkrõl, melyeket a  a folyóirat JAD 6, 1 (2000) és  JAD 4, 2 (1998) számaiból vettünk a folyóirat engedélyével.

A Historical Solar Image Database (HSID) 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 idõtartam hosszát tekintve világviszonylatban a második legnagyobb fotoszféra-anyag, ami ráadásul minõség tekintetében is az elsõk között van. Ez másrészt azt is jelenti, hogy a fehér fényben készített teljes napkorong észlelések gyûjtése 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 együttmûködés szervezése folyik. Az anyag jelentõségét jól érzékelteti egy ábra, mely a régebbi idõszakra általában használatos greenwichi numerikus adatok, illetve egy konkrét kalocsai észlelés információtartalmát hasonlítja össze.
 

Kromoszféra-észlelések H-alfa-monokromátorral

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

A  koronográf egy G.M.Nikolsky által tervezett szovjet mûszer, melynek több példánya mûködik a volt Szovjetunió utódállamaiban, valamint Wroclawban és Debrecenben. Objektívje 53 cm átmérõjû egytagú lencse, melynek fókusztávolsága 8 méter, a mûszer effektív fókusztávolsága egy járulékos optikai egység révén 12 méter, így az észlelt napkorong átmérõje kb 12 cm. A koronográf-konstrukció arra szolgál, hogy a mûszerben fellépõ szórt fényt (a korona földi megfigyelésének egyik fõ 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 mûszeres szórt fény alacsony szintje itt is igen fontos követelmény. A mûszer optikai sajátságai kiválóak, hátránya viszont a nehézkes kezelhetõség, ami miatt csak nyugodt meteorológiai körülmények esetén üzemeltethetõ megbízhatóan.
 

A H-alfa szûrõ más kifejezéssel polarizációs monokromátor, vagy kettõstörõ szûrõ néven is ismeretes, mivel a a mûszer lelke egy polarizátorokból és kettõstörõ kristályokból álló sorozat. Ha a fény a szûrõn keresztülhalad, a kimeneten csak a 6562.87 Angström hullámhosszúságú fény 0.5 Angström szélességû környezete látható. Ez a hullámhossz a hidrogén Balmer-sorozata (az n=2 kvantumszámmmal kapcsolatos energiaátmenetek sorozata) legerõsebb 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 sûrûsége már igen alacsony a fotoszféráéhoz képest, azonban a hidrogénatomok száma mégis elég jelentõs ahhoz, hogy a kromoszférában lévõ hidrogén a nap felszinérõl - a fotoszféráról - érkezõ 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 fõ célja a flerek vizsgálata. A flerek során végbemenõ mágneses eredetû gyors energiafelszabadulás az adott aktív vidék  kromoszférájában viszonylag rövid idõ alatt helyi hõmérsékletnövekedést és felfénylést idéz elõ, ami a H-alfa szûrõn 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 meglehetõsen nehézkes a minket közvetlenül érintõ alsó légkörben, mivel a Napból érkezõ hatások  az alsó légkörig érve nagyon sok közbensõ lépcsõn mennek keresztül.

Az obszervatórium tevékenysége két szálon (két paradigma szerint) is kötõdik 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 mûvelését szolgálja - többek között - a fotohéliográf-program által nyújtott napfoltterület-adatsor.

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

Az obszervatórium kutatóinak publikációi