Tähtien magneettinen aktiivisuus; 1. luento

Samankaltaiset tiedostot
Tähtien magneettinen aktiivisuus; 3. luento Dynamoteoria 1

Tähtien magneettinen aktiivisuus; 6. luento SMF mallit: ennustaminen 1

Tähtien magneettinen aktiivisuus, 5. luento Differentiaalirotaatio ja Auringon dynamomallit

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi


TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

Luento 2: Liikkeen kuvausta

1 Johdanto Mikä tämä kurssi on Hieman taustaa Elektrodynamiikan perusrakenne Kirjallisuutta... 8

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, pe :00-17:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

Luku 27. Tavoiteet Määrittää magneettikentän aiheuttama voima o varattuun hiukkaseen o virtajohtimeen o virtasilmukkaan

Kyösti Ryynänen Luento

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY

7. Differentiaalimuotoinen jatkuvuusyhtälö. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

12. Aurinko. Ainoa tähti, jota voidaan tutkia yksityiskohtaisesti esim. pyöriminen, tähdenpilkut pinnalla, ytimestä tulevat neutrinot

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

Avaruussää ja Auringon aktiivisuusjakso: Aurinko oikuttelee

Sähköstatiikka ja magnetismi

Magneettikentät. Haarto & Karhunen.

Potentiaali ja sähkökenttä: pistevaraus. kun asetetaan V( ) = 0

Varatun hiukkasen liike

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

Tiera Laitinen Aurinko Maa-kytkennän tutkijaseminaarissa Helsingin yliopistossa

11. Dimensioanalyysi. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

Derivoimalla kerran saadaan nopeus ja toisen kerran saadaan kiihtyvyys Ña r

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

Koronan massapurkaukset ja niiden synty. Sanni Hoilijoki Teoreettisen fysiikan syventävien opintojen seminaari

4. Kontrollitilavuusajattelu ja massan säilyminen. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

Varatun hiukkasen liike

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

PHYS-A3121 Termodynamiikka (ENG1) (5 op)

Chapter 1. Preliminary concepts

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

1.1 Magneettinen vuorovaikutus

1.4. VIRIAALITEOREEMA

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Theory Finnish (Finland)

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Faradayn laki ja sähkömagneettinen induktio Sähkötekniikka/MV

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Mikrotila Makrotila Statistinen paino Ω(n) 3 Ω(3) = 4 2 Ω(2) = 6 4 Ω(4) = 1

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1

RAK Statiikka 4 op

Yleistä sähkömagnetismista SÄHKÖMAGNETISMI KÄSITEKARTTANA: Varaus. Coulombin voima Gaussin laki. Dipoli. Sähkökenttä. Poissonin yhtälö.

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, perjantai :00-12:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

SMG-4500 Tuulivoima. Kolmannen luennon aihepiirit TUULEN TEHO

Luento 5: Käyräviivainen liike. Käyräviivainen liike Heittoliike Ympyräliike Kulmamuuttujat θ, ω ja α Yhdistetty liike

14. Putkivirtausten ratkaiseminen. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

MAAN MAGNEETTIKENTÄN IHMEELLISYYKSIÄ: NAPAISUUSKÄÄNNÖKSET

(a) Potentiaali ja virtafunktiot saadaan suoraan summaamalla lähteen ja pyörteen funktiot. Potentiaalifunktioksi

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

PHYS-A3121 Termodynamiikka (ENG1) (5 op)

PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op)

Luento 4: Liikkeen kuvausta, differentiaaliyhtälöt

2 Staattinen sähkökenttä Sähkövaraus ja Coulombin laki... 9

Maapallon magneettisen peruskentän aikavaihtelujen ääriarvoja

Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus

HARJOITUS 4 1. (E 5.29):

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

9. Polarimetria. tähtitieteessä. 1. Polarisaatio. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

(b) Tunnista a-kohdassa saadusta riippuvuudesta virtausmekaniikassa yleisesti käytössä olevat dimensiottomat parametrit.

Revontulet matkailumaisemassa

5.9 Voiman momentti (moment of force, torque)

Johdatus tutkimustyöhön (811393A)

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op)

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 3 Kevät E 1 + c 2 m 2 = E (1) p 1 = P (2) E 2 1

Ohjelmistoarkkitehtuurit. Kevät

GLOBAL WARMING and cooling. Aurinko syytettynä, CO2 marginaali. Timo Niroma Ilmastofoorumi Toukokuu 2009

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

Vuorovaikutukset ja kappaleet

DYNAMIIKKA II, LUENTO 6 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

PÄIVÄNVALO. Lue alla oleva teksti ja vastaa sen jäljessä tuleviin kysymyksiin.

Radiotekniikan perusteet BL50A0301

031010P MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I 5,0 op

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

7.4 Fotometria CCD kameralla

Luento 5: Käyräviivainen liike

HALLIN ILMIÖ 1. TUTKITTAVAN ILMIÖN TEORIAA

Luento 3: Liikkeen kuvausta, differentiaaliyhtälöt

pilkkujen määrää kuvaavan indeksin. Hoytin ja Schattenin indeksi vahvistaa jo aiemmin esitetyt tulokset siitä, että Auringon toiminta on dramaattisest

(c) Kuinka suuri suhteellinen virhe painehäviön laskennassa tehdään, jos virtaus oletetaan laminaariksi?

PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op)

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

766323A Mekaniikka, osa 2, kl 2015 Harjoitus 4

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, perjantai klo 12:00-16:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

Tähtien rakenne ja kehitys

Elektrodynamiikan tenttitehtäviä kl 2018

y 2 h 2), (a) Näytä, että virtauksessa olevan fluidialkion tilavuus ei muutu.

Gravitaatioaallot - uusi ikkuna maailmankaikkeuteen

Luento 5: Käyräviivainen liike

2.7.4 Numeerinen esimerkki

Transkriptio:

Tähtien magneettinen aktiivisuus; 1. luento Periodi III: teoriaa; luentoja, demonstraatiota ja harjoituksia luentoaikaan ke 10 12 Harjoitukset: laskarityyppisiä kotitehtäviä, jotka palautetaan luennon alussa Demonstraatiot: MEFISTO ja PENCIL CODE ohjelmistoilla toteutettuja havaintoesityksiä luennon aihepiiristä Kirjallisuutta teoriaosaan: L. Mestel: Stellar magnetism, 1999, Oxford University Press (tilattu kirjastoon) Schrijver & Zwaan: Solar and stellar magnetic activity, 2000, Cambridge University Press (Ilmatieteen laitoksen käsikirjastossa)

Tähtien magneettinen aktiivisuus; 1. luento Kurssin suoritus: tentti Luentomateriaali ja kotitehtävät löytyvät kurssin kotisivulta http://www.helsinki.fi/astro/opetus/kurssit/sma/ ja wiki.helsinki.fi/display/sma

Johdanto: Karkea yhteenveto havainnoista Useimmilla tähdillä on magneettikenttä 1.Magneettiset tähdet Varhaisen tyypin tähdet (T>10 000 K), jotka joko kokonaan radiatiivisia tai niillä on pieni konvektiivinen ydin Voimakkaita (>1000 G), stabiileja magneettikenttiä Periodista vaihtelua, joka selitetään ns. oblique rotator mallin avulla: tähdellä dipolikenttä, jonka symmetria akseli kallistunut pyörimisakseliin nähden

Ap tähdet: magneettiset A spektriluokan tähdet (10 3 10 4 G, Zeeman efekti) Magneettiset valkoiset kääpiöt: ( 10 6 10 8 G, sirkulaaripolarisaation kontinuumi) Magnetarit: neutronitähdet, joilla erittäin voimakas magneettikenttä (10 8 10 13 G, röntgenspektrin syklotroniviiva, optiset syklotroniviivat, epäsuorat menetelmät esim. spin down rates) Kentät staattisia kuin sauvamagneetti; ei varsinaista magneettista aktiivisuutta Kentän voimakkuus ei riipu pyörimisnopeudesta Fossiilikenttäkö? Tarvitaanko dynamoteoriaa?

2. Magneettisesti aktiiviset tähdet (periodi IV) myöhäisen tyypin tähdet, joilla konvektiokerros aktiivisuusilmiötä, joilla magneettinen alkuperä tähdenpilkkuja, joilla periodista vaihtelua flare tyyppisiä purkauksia tähden koronaan magneettisen aktiivisuuden taso sitä korkeampi mitä nopeammin tähti pyörii Auringosta kattavia havaintoja ja aikasarjoja, muista tähdistä fotometrisia, spektroskopisia, spektropolarimetrisia havaintoja turbulenttinen konvektio > fossiilikentät eivät säily tähden elinikää; dynamoko?

Aurinko pieniä pilkkuja matalilla latitudeilla aksiaalisymmetrinen; kuukausien ikäisiä hot spoteja perhosdiagramma Halen polariteettilaki 22 vuoden sykli epäsäännöllistä pitkäaikaisvaihtelua flarepurkauksia prominensseja plage alueita fakuloita granulaatio Nopeasti pyörivä viileä tähti suuria pilkkuja korkeilla latitudeilla aktiivinen longitudi; ei aksiaalisymmetrinen syklistä flip flopia; vaihtuuko polariteetti? flarepurkauksia

The original butterfly diagram (top left), drawn by E. Walter Maunder and Annie S.D. Maunder in 1904, is preserved in the NCAR Archives. It demonstrated for the first time the movement of sunspot emergence from the poles toward the equator over the Sun's 11 year cycle. The color image (right) represents sunspot activity from 1900 1993. (Images courtesy NCAR High Altitude Observatory

Mitkä fysikaaliset tekijät säätelevät aktiivisuutta? Massa < > spektriluokka < > konvektiokerroksen paksuus Ympäristö kumppanit tähtijoukko Pyörimisnopeus Konvektion ominaisuudet Kulmanopeuden jakautuminen tähden sisällä Meridionaalinen sirkulaatio ja onko sitä

Perus MHD käsitteitä 1 Magneettikentän aikakehitys: induktioyhtälö (johto esitetty esim. MHD kurssilla, löytyy myös Mestel: luku2) (1) (SI) (2) =magneettinen diffuusio, = sähkönjohtavuus, =permeabiliteetti, cgs yksiköissä =c 2 (4 ) -1, c=valonnopeus Advektiotermi Diffuusiotermi

Perus MHD käsitteitä 2 Magnetohydrodynaaminen approksimaatio: oletetaan, että virtausta voidaan kuvata fluidielementeillä (partikkelien vapaa matka on pieni verrattuna systeemin dimensioon) Ei relativistinen approksimaatio: systeemin nopeudet pieniä suhteessa valon nopeuteen > siirtymävirta voidaan jättää huomiotta Single fluid approksimaatio: varattuja ja neutraaleja hiukkasia käsitellään yhtenä fluidina, jos Debye pituus on pieni suhteessa systeemin dimensioon

Perus MHD käsitteitä 3 Jos diffuusio voidaan olettaa skalaariksi ja vakiosuureeksi, saadaan yksinkertainen muoto (3) Vektorien laskukaavoilla saadaan esitysmuoto Divergenssittömyysehdosta (5) seuraa (6) (4) (5) (6)

Perus MHD käsitteitä 4 Tärkeä dimensioton luku: Reynoldsin luku (7) L = systeemin tyypillinen pituusskaala, V=tyypillinen nopeus, =tyypillinen aikaskaala Kuvaa advektiotermin voimakkuutta diffuusiotermiin verrattuna Sen avulla (1) voidaan esittää dimensiottomassa muodossa (8)

Jos Rm >> 1, Perus MHD käsitteitä 5 (9) (10) Magneettikenttä jäätynyt plasmaan; Alfvénin teoreema: Magneettikentän viivat liikkuvat fluidin mukana. Kentän suunnassa tapahtuva liike ei muuta kenttää, mutta kenttää vastaan kohtisuorat liikkeet kuljettavat kenttää mukanaan. Jos Rm << 1, (11) (12) Magneettinen diffuusioyhtälö

Perus MHD käsitteitä 6 Kinemaattinen lähestymistapa: nopeuskenttä oletetaan tunnetuksi ja ajan suhteen muuttumattomaksi Auringon tapauksessa laajan mittakaavan nopeuskenttä tunnetaan melko hyvin helioseismologisista havainnoista Muiden tähtien pinnan pyörimistä on tutkittu spektroskopisista havainnoista; sisäosien liikkeitä ei tunneta Konvektiivinen turbulenssi??? Dynaaminen lähestymistapa: malliin otetaan ratkaistavaksi myös liikeyhtälö. (13) (SI) Lorentz voima (14)

Perus MHD käsitteitä 7 Lorentz voima voidaan esittää muodossa (SI) (15) Jännitysvoima Paine Alfvén waves: varatut hiukkaset värähtelevät tasapainotilansa ympärillä magneettikentässä v A = B (4 ) 1/2 Alfvénin nopeus (cgs) (16) A =L/v A Alfvén aikaskaala (17)

Perus MHD käsitteitä 8 Mean field approach: jos turbulenssia, mallinnus vaikeaa (nskaala suuri) suuren ja pienen mittakaavan kentät käsitellään erikseen pienten skaalojen kollektiivinen vaikutus suuriin parametrisoidaan ratkaistaan vain keskimääräisen kentän kehitystä

Harjoitus 1: 1. Johda Lorentz voiman yleisestä määritelmästä (14) esitysmuoto (15). Mitä (15) on cgs yksiköissä? Mitä (16) on SI yksiköissä? 2. Arvioi advektio, diffuusio, Alfvénin aikaskaalaa ja magneettista Reynoldsin lukua Auringonpilkussa ja auringonkaltaisen nopeasti pyörivän tähden pilkussa. Oletetaan, etta magneettinen diffuusio on luonteeltaan mikroskooppista ja saadaan kaavasta = 10 9 T 3/2 m 2 s 1