Liam Edwards, myfyriwr PhD o Brifysgol Aberystwyth sy’n egluro sut y llwyddodd cyfarpar arbenigol sydd wedi ei ddatblygu yno i fesur elfen allweddol o ymddygiad corona’r haul yn ystod eclips llwyr 2020. Mae’r ymchwil yn allweddol i ddeall prosesau a allai effeithio’n ddirfawr ar systemau electronig.

Pam fod angen gwneud yr ymchwil yma? Ar 14 Rhagfyr 2020, digwyddodd eclips llwyr yr haul yn Ne America a hedfanodd timau ymchwil o bob cwr o’r byd i’w arsylwi, gan gynnwys tîm o Brifysgol Aberystwyth.

Mae eclipsau llwyr yr haul yn ddigwyddiadau pwysig iawn i seryddwyr, nid yn unig am eu bod yn ddigwyddiadau prin (pob 18 mis ar gyfartaledd), ond hefyd am eu bod yn rhoi ffenestr byr o amser i astudio atmosffer yr haul – sef y corona.

Mae arsylwi’r corona yn bwysig i ddeall y prosesau sydd yn cynhesu plasma’r haul i oddeutu miliwn gradd Celsius ac yn achosi’r corona i all-lifo i’r gofod ar ffurf gwynt yr haul.

Mae’r arsylwadau hyn yn cael eu defnyddio i amcangyfrif dwysedd electronau yn y corona ac maent yn bwysig er mwyn deall y prosesau ffisegol sydd yn digwydd yno.

Un broses bwysig iawn i’w deall yw sut mae gwynt yr haul yn cael ei gyflymu, sydd yn arwain yn uniongyrchol at allu rhagfynegi digwyddiadau tywydd gofod eithafol yn well, er engrhaifft fflerau, a allai effeithio ar ein systemau electronig yma ar y Ddaear.

Mae’r arsylwadau yn amcangyfrif dwysedd electronau (sef gronynnau sylfaenol â gwefr drydanol negyddol) yn y corona sydd yn bwysig iawn er mwyn gallu deall y prosesau ffisegol sy’n digwydd yno. Yn benodol, mae’r ffordd y mae dwysedd electronau yn amrywio gydag uchder uwchben arwyneb yr haul (sef y ffotosffer) yn baramedr pwysig iawn er mwyn gallu modelu cyflymiad gwynt yr haul.

Mae effeithiau gwynt yr haul yn eang – o amharu ar loerennau ac, o ganlyniad, systemau cyfathrebu a llywio, i doriadau pŵer, fel yr un a ddigwyddodd yng Nghanada ym 1989. Ond y brif broblem gydag arsylwi’r corona isel yw ei fod oddeutu miliwn gwaith yn llai llachar na’r ffotosffer ac hyd yn oed atmosffer y Ddaear. O ganlyniad, mae arsylwi’r corona mewn golau gweledol – sef y rhan o’r sbectrwm electromagnetig mae’n llygaid yn gallu gweld – yn her fawr i seryddwyr. Yr unig adeg pryd y mae modd arsylwi’r corona mewn golau gweledol yn agos iawn at yr haul yw yn ystod eclips llwyr, pan mae disg y lleuad yn cuddio’r haul yn union.

Sut mae gwneud hynny? Pam fod angen golau wedi’i bolareiddio?

Mae golau yn don electromagnetig, sef ton sydd yn osgiladu yn berpendicwlar i’w chyfeiriad teithio. Mae golau o’r mwyafrif o ffynonellau heb ei bolareiddio: mae osgiliadau maes trydanol y golau yn pwyntio i gyfeiriadau ar hap, heb unrhyw ffafriaeth i un cyfeiriad penodol. Gallwn bolareiddio’r golau, h.y. cyfyngu’r don i osgiliadau mewn un cyfeiriad penodol trwy ddefnyddio polarydd. Wrth i ni gylchdroi’r polarydd, rydyn ni’n cylchdroi cyfeiriad osgilidau’r don golau a drosglwyddir. Mae hyn yn berthnasol i astudiaethau’r haul oherwydd fod un cydran o olau’r corona yn tarddu o olau’r ffotosffer sydd wedi ei wasgaru oddi wrth electronau yn y corona. Rydym yn galw’r gydran yma yn “K-corona” ac mae’r golau yma yn cael ei bolareiddio yn ystod y gwasgariad felly gellir defnyddio polarydd i’w arsylwi.

Gwybodaeth am CIP

Dyluniwyd ac adeiladwyd offeryn gan dîm o grŵp ymchwil Ffiseg Cysawd yr Haul yn Adran Ffiseg Prifysgol Aberystwyth i arsylwi’r corona yn ystod yr eclips llwyr yn Ne America ym mis Rhagfyr 2020. Enw’r offeryn yw CIP (Coronal Imaging Polarizer), “cip olwg” oherwydd mai dim ond cip olwg yn para tua 130 eiliady a gafwyd ar yr eclips. Roedd yr amodau’n heriol gan fod cymylau trwchus a gwyntoedd cryf ar draws De America ar y pryd. O ganlyniad, roedd y tîm a anfonwyd i arsylwi’r eclips yn ffodus iawn i gasglu rhai o’r ychydig arsylwadau gwyddonol llwyddiannus o’r eclips hwn yn y byd.

Prif nod CIP yw casglu nifer o ddelweddau golau gweladwy wedi’u polareiddio o’r eclips i amcangyfrif dwysedd electronau yn y corona. Bydd ein harsylwadau eclips yn cael eu defnyddio law yn llaw gyda thechnegau tomograffeg cylchdroadol yr haul (TCH) ac arsylwadau gan delesgopau eraill i helpu ddeall proffil cyflymiad gwynt yr haul.

Mae CIP yn cynnwys lens gwrthrychol Takumar f-5.6, 200 mm, hidlydd band eang golau-gweladwy, polarydd sydd yn cylchdroi gan ddefnyddio mownt arbennig, a chamera Atik Horizon II. Cafodd y dilyniant arsylwi ei awtomeiddio gan ddefnyddio sgript Python i gylchdroi’r polarydd i’r ongl a ddymunir ac yna cymryd y delweddau gofynnol ar gyfer yr ongl honno. Yna ailadroddwyd hyn ar gyfer set o 6 ongl polareiddio a 5 amser arsylwi a bennwyd ymlaen llaw: 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, a 150°; a 0.001e, 0.01e, 0.1e, 1e, a 3e, yn y drefn honno.

Rydym yn cymryd ystod o amseroedd arsylwi, gyda’r amseroedd byr i ddatgelu manylion y corona mwyaf llachar yn agos at yr haul a’r amseroedd hirach i ddatgelu manylion y corona pell o’r haul. Mae’n anodd iawn datgelu unrhyw wybodaeth am y corona isel yn y delweddau gydag amseroedd arsylwi hirach felly mae angen cyfuno’r delweddau.

Fel arfer, mae arsylwadau polaraidd o eclips yn cael eu cymryd ar 3 ongl polareiddio yn unig. Dyluniwyd CIP i wneud arsylwadau ar nifer fwy o onglau, gyda’r dewis o 6 wedi’i osod gan ystod amser yr eclips. Gall arsylwi mwy o onglau polareiddio helpu i wella’r amcangyfrif o’r pB ac, o ganlyniad, dwysedd yr electronau.

Mae’r data o’r eclips yn cael eu cywiro a’u prosesu ar hyn o bryd. Defnyddir techneg cydberthynas cyfnod (phase correlation) a ddatblygwyd gan Miloslav Druckmüller i gyfuno’r delweddau. Mae hyn yn gam pwysig oherwydd mae’r lleuad yn symud yn weddol sydyn yn ystod yr eclips, ac roedd y gwyntoedd cryfion yn ystod yr eclips yn achosi i’r offeryn symud ychydig, felly rhaid oedd defnyddio techneg gymhleth i gyfuno’r delweddau. Yn dilyn cywiriadau a phrosesu, bydd y delweddau’n cael eu gwrthdroi i amcangyfrif dwysedd electronau y corona mewnol.