Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Forskare från Skoltech och deras kollegor från University of Graz &Kanzelhöhe Observatory (Österrike), Hvar Observatory (Kroatien) och Belgian Solar-Terrestrial Centre of Excellence—SILSO, Royal Observatory of Belgium presenterade en ny metod för att förutsäga styrkan hos den 11-åriga solcykeln. Resultaten är viktiga för att förutse och mildra rymdvädrets effekter på astronauter, piloter och moderna tekniska system både i rymden och på jorden. Studien kommer att publiceras i Astronomy &Astrophysics .
Solen är källan till kraftfulla explosioner som kan påverka astronauter och modern teknik i rymden och på jorden. I början av 1600-talet riktade Galileo Galilei sitt teleskop mot solen och upptäckte solfläckar. På 1800-talet blev det tydligt att solfläckar dyker upp och försvinner med en viss periodicitet, i genomsnitt vart 11:e år. Solfläckar övervakas nu regelbundet av mer än 80 observatorier över hela världen och forskare har sammanställt kontinuerliga solfläcksrekord i över fyra århundraden, vilket är det längsta vetenskapliga experimentet i mänsklighetens historia.
Solfläckar är visuella manifestationer av kraftfulla magnetfält som har stigit upp från solens inre genom dess yta. De magnetiska rören som bär solmaterial kommer fram från en solfläck och bildar en gigantisk slinga som kommer in på ytan igen genom en annan solfläck. Därför kommer de flesta solfläckar i par, som, som en magnet, har motsatta polariteter – den ena är positiv och den andra negativ. Fri magnetisk energi ackumuleras i dessa slingor och kan plötsligt frigöras, till exempel i form av en flare eller plasmautstötning.
Inom bara några minuter kan en solfloss frigöra 100 000 gånger mer energi än vad alla kraftverk på jorden genererar under ett år. Ljuset från blossen når jorden inom åtta minuter; jordens täta atmosfär absorberar den farliga strålningen från blossen och skyddar livet på ytan. Men ändå tar detta ut sin rätt, radiokommunikation och GPS kan störas. Till exempel, i november 2015 i Sverige, försvann flygplan från radar på grund av en solfloss. Och när solen är på stormigt humör tvingas flygbolagen ställa in flygningar över polerna eftersom det inte finns någon radiokommunikation under stormar. Ofta, direkt efter en flare, kastas plasmamoln ut från solkoronan och slungas ut i rymden. Koronala massutkastningar, gigantiska miljarder ton magnetiska plasmabubblor, expanderar snabbt utåt från solen och kan träffa jorden på några dagar om dess omloppsbana skär varandra. Det är så solen förmedlar sin stämning till vår planet – en geomagnetisk storm rasar och norrskenet dyker upp.
"För närvarande gick vi in i stigfasen av en ny solcykel (nr 25) och ser hur fler och fler solfläckar dyker upp på solen. Fler solfläckar – fler solstormar, flare och koronala massutkastningar. Nyligen lanserade SpaceX 49 satelliter som en del av Elon Musks Starlink internetprojekt. Men tyvärr gick de flesta av CubeSats förlorade och nådde inte sin tänkta omloppsbana. Detta fel kostade mer än 50 miljoner USD och orsakades av en solstorm. Således förutsägelser om solaktivitet är oerhört viktiga för planering av satellituppskjutningar, långsiktiga rymduppdrag, förutsägelse av strålningsexponeringar på flygplan och många andra rymdväderapplikationer för att leva i harmoni med en stormig solstämning, säger Skoltech-docent Tatiana Podladchikova, studiens huvudförfattare.
Författarna till den senaste studien i Astronomy &Astrophysics kom på en ny metod för att förutsäga styrkan i den 11-åriga solcykeln. Teamet visade att den maximala tillväxthastigheten för solfläcksaktivitet i den stigande fasen av en solcykel är en effektiv föregångare till amplituden av solcykeln. Genom att använda den nya katalogen med halvklotsfäriska solfläcksnummer, som nyligen presenterades av teamet, visade de att förutsägelserna av solcykelns amplituder är mer exakta när utvecklingen av solaktiviteten betraktas separat för solens två halvklot.
"Solens magnetfält är drivkraften för den 11-åriga solcykeln och för energiska utbrott från vår sol. Vi har lärt oss från vår studie att vi kan få mer exakta förutsägelser av solaktiviteten när vi använder hemisfäriska solfläcksdata, som fångar de asymmetriska och ut-ur-fas beteende av solens magnetfälts evolution i norra och södra solhalvklotet", säger studiens medförfattare Astrid Veronig, professor vid universitetet i Graz och chef för Kanzelhöhe Observatory for Solar and Environmental Research.
Skoltech Ph.D. student och studiemedförfattare Shantanu Jain lyfte fram den praktiska betydelsen av deras nya studie om solcykelförutsägelser:"Denna studie tillåter oss att exakt bestämma utvecklingen av solcykeln i god tid och förbereda oss i händelse av en extrem rymdväderhändelse . Med ett ökat beroende av teknik under 2000-talet kan en extrem rymdväderhändelse störa vårt dagliga liv eftersom det kan skada elnäten, kommunikationsledningarna och påverka internet och orsaka enorma ekonomiska förluster. Men effektiva och exakta tekniker för förutsägelse av rymdväder kan hjälpa till oss för att förhindra sådana scenarier."
"Vårt arbete bekräftar den höga vikten av en oberoende studie av solens hemisfärer och regelbunden datainsamling för dem. Det är också värt att notera att vår metod kan användas i realtid, vi kan förutsäga cykelamplituden kontinuerligt över utvecklingen av den stigande fasen av en solcykel och uppdatera förutsägelsen när det senaste värdet av tillväxthastigheten är större än den föregående. Med för närvarande tillgängliga data förutspår vi att den lägre skattningen av amplituden för den aktuella solcykeln (nr 25) kommer att vara 110±26 , vilket är jämförbart med den tidigare 11-åriga solcykeln (nr 24), säger studiens medförfattare och Skoltechs civilingenjörsexamen Olga Sutyrina, som för närvarande fortsätter sin karriär som forskare vid Schlumberger.
"Sådana medeltidsförutsägelser kan bara vila på långa tidigare dataserier som spårar den faktiska utvecklingen av solcykeln under århundraden. Specifikt utnyttjade detta arbete det nyligen omkalibrerade solfläcksnumret från WDC-SILSO, kombinerat med hemisfärisk information hämtad från Greenwich fotografiska katalog. Denna datakombination gav en ännu rikare statistisk bas för att bygga denna nya prediktionsteknik," kommenterade studiens medförfattare och chefen för World Data Center SILSO Frédéric Clette.
"Och vilka stormar än kan rasa önskar vi alla gott väder i rymden", avslutade Tatiana Podladchikova. + Utforska vidare
