Forskerne har undersøgt turbulensen i Solens korona vha radio signaler sendt til Jorden af de ultra-lave omkostninger Mars Orbiter når Jorden og Mars var i forbindelse på de modsatte sider af Solen (sammenhængen sker normalt en gang om cirka to år). Det radio signaler fra Orbiter havde passeret gennem Solens korona-område i en tæt afstand af 10 Rʘ (1 Rʘ = sol radier = 696,340 km). Frekvensresten af det modtagne signal blev analyseret for at opnå koronalt turbulensspektrum. Resultaterne syntes at være i overensstemmelse med in-situ fund af Parker Solar sonde. Mars Orbiter Mission (MOM) gav en meget billig mulighed for at studere dynamik i koronalregionen (i fravær af meget høje omkostninger in-situ sol sonde) og en ny indsigt i, hvordan undersøgelse af turbulens i sol koronale region ved hjælp af radiosignaler sendt af en Mars orbiter til Jorden kan hjælpe med at forbedre forudsigelsen af sol aktivitet, som har stor betydning for livsformer og civilisationen på Jorden.
Mars Orbiter Mission (MOM) af Indian Space Forskningsorganisation (ISRO) blev lanceret den 5. november 2013 med en planlagt missions levetid på 6 måneder. Den har langt overskredet sin levetid og er i øjeblikket i den forlængede missionsfase.
Et team af forskere brugte radiosignaler fra Orbiter at studere sol corona når Jorden og Mars var på hver sin side af Solen. I perioder med konjunktion, som normalt sker en gang om cirka to år, krydser radiosignaler fra orbiteren gennem sol koronal region så tæt som 10 Rʘ (1 Rʘ = sol radier = 696,340 km) heliohøjde fra Solens centrum og giver mulighed for at studere sol dynamik.
sol corona er det område, hvor temperaturen kan være så høj som adskillige millioner grader celsius. Solvindene opstår og accelererer i denne region og opsluger interplanetarisk rum som former magnetosfæren på planeter og påvirker plads vejr nær-jorden miljø. At studere dette er et vigtigt imperativ1. At have en in-situ sonde ville være en ideel, men brug af radiosignaler (transmitteret af rumfartøjer og modtaget på Jorden efter at have rejst gennem koronalområdet er et glimrende alternativ.
I den seneste avis2 offentliggjort i Monthly Notices of Royal Astronomical Society undersøgte forskerne turbulensen i solkoronalregionen i en periode med faldende fase af solcyklussen og rapporterer, at solvinden accelererer, og dens overgang fra subalfvenisk til superalfvenisk strømning sker omkring 10-15. Rʘ. De opnår mætning ved en forholdsvis lavere helio-højde sammenlignet med høj solaktivitetsperiode. I øvrigt synes dette fund at blive understøttet af Parker Probes direkte observation af Solar Corona3 også.
Da solkoronaen er et ladet plasmamedium og har iboende turbulens, introducerer den dispersive effekter i parametre for elektromagnetiske radiobølger, der rejser gennem den. Turbulens i det koronale medium frembringer fluktuationer i plasmatæthed, som bliver registreret som fluktuationer i fasen af radiobølger, der kommer frem gennem dette medium. Radiosignaler, der modtages på jordstationen, indeholder således signaturen af udbredelsesmedium og analyseres spektralt for at udlede turbulensspektrum i mediet. Dette danner grundlaget for den koronale radio-sound-teknik, som er blevet brugt af rumfartøjet til at studere koronale områder.
Doppler-frekvensresidualer opnået fra signaler analyseres spektralt for at opnå koronalt turbulensspektrum ved heliocentriske afstande i området mellem 4 og 20 Rʘ. Dette er den region, hvor solvinden primært bliver accelereret. Ændringerne i turbulensregimet afspejles godt i spektrale indeksværdier for det tidsmæssige frekvensfluktuationsspektrum. Det observeres, at turbulenseffektspektrum (temporalt spektrum af frekvensudsving) ved en lavere heliocentrisk afstand (<10 Rʘ), er blevet fladt ud ved lavere frekvensområder med lavere spektralindeks, hvilket svarer til solvindens accelerationsområde. Lavere spektralindeksværdier tættere på Solens overflade angiver energitilførselsregimet, hvor turbulensen stadig er underudviklet. For større heliocentriske afstande (> 10Rʘ) bliver kurven stejlere med spektralindeks tæt på 2/3, hvilket er et tegn på inertiregimer med udviklet turbulens af Kolmogorov-typen, hvor energi transporteres gennem kaskade.
De overordnede træk ved turbulensspektret afhænger af faktorer såsom fasen af solaktivitetscyklussen, den relative udbredelse af solaktive områder og koronale huller. Dette arbejde baseret på MOM-data rapporterer et indblik i de svage maksima for solcyklus 24, som er registreret som en ejendommelig solcyklus med hensyn til samlet lavere aktivitet end andre tidligere cyklusser.
Interessant nok demonstrerer denne undersøgelse en meget billig måde at undersøge og overvåge turbulens i solkoronalregionen ved at bruge radiosoundmetode. Dette kan være enormt nyttigt til at holde øje med solaktivitet, hvilket igen kan være afgørende for at forudsige alt vigtigt solvejr, især i nærheden af Jorden.
***
DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2201151
***
Referencer:
- Prasad U., 2021. Space Vejr, solvindforstyrrelser og radioudbrud. Videnskabelig europæisk. Udgivet 11. februar 2021. Tilgængelig på http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/space-weather-solar-wind-disturbances-and-radio-bursts/
- Jain R., et al 2022. En undersøgelse af solens koronale dynamik under den post-maksima fase af solcyklussen 24 ved brug af S-bånds radiosignaler fra den indiske Mars orbiter mission. Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society, stac056. Modtaget i original form 26. september 2021. Udgivet 13. januar 2022. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stac056
- J. C. Kasper et al. Parker Solar Probe går ind i den magnetisk dominerede solar Corona. Phys. Rev. Lett. 127, 255101. Modtaget 31. oktober 2021. Udgivet 14. december 2021. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.255101
***
 of India Space Research Organisation (ISRO) offers New Insight into Prediction of Solar Activity.){kind=link}