Rumvejr, solvindforstyrrelser og radioudbrud

Solar vind, strømmen af ​​elektrisk ladede partikler, der udgår fra Solens ydre atmosfæriske lag, udgør en trussel mod livsform og elektrisk teknologi baseret på det moderne menneskelige samfund. Jordens magnetfelt giver beskyttelse mod det indkommende sol vind ved at aflede dem væk. Drastisk sol begivenheder som masseudstødning af elektrisk ladet plasma fra solens korona skaber forstyrrelser i sol vind. Derfor undersøgelse af forstyrrelser i forholdene ved sol vind (kaldet Space vejret) er en nødvendighed. Coronal Mass Ejection (CME'er), også kaldet 'sol storme' eller 'plads storme' er forbundet med sol radio brister. Undersøgelse af sol radioudbrud i radioobservatorierne kan give en idé om CME'er og solvindforhold. Den første statistiske undersøgelse (offentliggjort for nylig) af 446 registrerede type IV radioudbrud observeret i den sidste solcyklus 24 (hver cyklus refererer til ændringen i solens magnetfelt hvert 11. år), har fundet, at størstedelen af ​​langvarig type IV radio Solar Udbrud blev ledsaget af Coronal Mass Ejection (CME'er) og forstyrrelser i solvindforholdene. 

Ligesom vejret på Jorden påvirkes af forstyrrelser i vinden, plads vejret' påvirkes af forstyrrelserne i 'solvinden'. Men ligheden slutter her. I modsætning til vinden på Jorden, som er lavet af luft bestående af atmosfæriske gasser som nitrogen, oxygen osv., består solvinden af ​​overophedet plasma bestående af elektrisk ladede partikler som elektroner, protoner, alfapartikler (heliumioner) og tunge ioner, der kontinuerligt kommer fra solens atmosfære i alle retninger, inklusive i retning mod Jorden.   

Solen er den ultimative energikilde til liv på Jorden og respekteres derfor i mange kulturer som giver af liv. Men der er også en anden side. Solvinden, den kontinuerlige strøm af elektrisk ladede partikler (dvs. plasma), der stammer fra solatmosfæren, udgør en trussel mod livet på Jorden. Takket være Jordens magnetfelt, der afleder det meste af den ioniserende solvind væk (fra Jorden) og Jordens atmosfære, der absorberer det meste af den resterende stråling og dermed beskytter mod den ioniserende stråling. Men der er mere i det – udover trussel mod de biologiske livsformer udgør solvinden også en trussel mod elektricitet og teknologidrevet moderne samfund. De elektroniske og computersystemer, elnet, olie- og gasrørledninger, telekommunikation, radiokommunikation inklusive mobiltelefonnetværk, GPS, plads missioner og programmer, satellitkommunikation, internet osv. – alt dette kan potentielt blive forstyrret og standset af forstyrrelser i solvinden¹. Astronauter og rumfartøjer er særligt udsatte. Der var flere tilfælde af dette tidligere, fx marts 1989 'Quebec Blackout' i Canada forårsaget på grund af massiv soludbrud havde stærkt beskadiget elnettet. Nogle satellitter havde også lidt skade. Derfor er det bydende nødvendigt at holde øje med forholdene for solvinden i nærheden af ​​Jorden – hvordan dens karakteristika som hastighed og tæthed, magnetfeltet styrke og orientering og energipartikelniveauer (dvs. plads vejr) vil have en indvirkning på livsformer og det moderne menneskelige samfund.  

Ligesom 'vejrudsigt' kan 'plads vejret også forudsiges? Hvad bestemmer solvinden og dens forhold i nærheden af ​​Jorden? Kan nogen alvorlige ændringer i plads vejret være kendt på forhånd for at træffe forebyggende foranstaltninger for at minimere skadelig indvirkning på Jorden? Og hvorfor dannes solvinden overhovedet?   

Solen er en kugle af varm elektrisk ladet gas, og den har derfor ikke en bestemt overflade. Fotosfærelaget behandles som solens overflade, fordi det er det, vi kan observere med lys. Lag under fotosfæren indad mod kernen er uigennemsigtige for os. Solens atmosfære er lavet af lag over solens fotosfæreoverflade. Det er den gennemsigtige gasformige halo, der omgiver Solen. Bedre set fra Jorden under den totale solformørkelse har solatmosfæren fire lag: kromosfære, solovergangsregion, korona og heliosfære.  

Solvinden dannes i corona, det andet lag (udefra) af solatmosfæren. Corona er et lag af meget varmt plasma. Mens temperaturen på Solens overflade er omkring 6000K, er koronaens gennemsnitstemperatur omkring 1-2 millioner K. Kaldet 'Coronal Heating Paradox', mekanismen og processerne for opvarmning af korona og acceleration af solvinden til meget høj hastighed og udvidelse til interplanetarisk plads er ikke godt forstået endnu, ² selvom forskere i et nyligt papir har forsøgt at løse dette ved hjælp af axion (den hypotetiske elementærpartikel af mørkt stof) oprindelsesfotoner ³.  

Lejlighedsvis udstødes enorme mængder varmt plasma fra koronaen ind i det yderste lag af solatmosfæren (heliosfæren). Kaldet Coronal Mass Ejections (CME'er) viser masseudstødningerne af plasma fra corona sig at generere store forstyrrelser i solvindens temperatur, hastighed, tæthed og interplanetarisk magnetfelt. Disse skaber stærke magnetiske storme i Jordens geomagnetiske felt ⁴. Udbrud af plasma fra corona involverer acceleration af elektroner, og acceleration af ladede partikler genererer radiobølger. Som et resultat er Coronal Mass Ejections (CME'er) også forbundet med udbrud af radiosignaler fra solen ⁵. Derfor, plads vejrundersøgelser ville involvere undersøgelse af timing og intensitet af masseudstødninger af plasma fra koronaen i forbindelse med de tilknyttede soludbrud, som er et type IV radioudbrud, der varer i lang varighed (mere end 10 min.).    

Forekomsten af ​​radioudbrud i de tidligere solcyklusser (den periodiske cyklus af Solens magnetfelt hvert 11. år) i forhold til Coronal Mass Ejections (CME'er) er blevet undersøgt tidligere.  

En nylig langsigtet statistisk undersøgelse af Anshu Kumari et al. fra University of Helsinki om radioudbrud observeret i solcyklussen 24, kaster yderligere lys på sammenhængen mellem langvarige, bredere frekvensradioudbrud (kaldet type IV-udbrud) med CME'er. Holdet fandt ud af, at omkring 81% af type IV-udbruddene blev efterfulgt af koronale masseudstødninger (CME'er). Omkring 19 % af type IV-udbrud var ikke ledsaget af CME'er. Derudover er kun 2.2 % af CME'erne ledsaget af type IV radioudbrud ⁶.  

At forstå timingen af ​​type IV langvarige bursts og CME'erne på en trinvis måde vil hjælpe med udformningen og timingen af ​​den igangværende og fremtidige plads programmer i overensstemmelse hermed, for at mindske indvirkningen af ​​disse på sådanne missioner og i sidste ende på livsformerne og civilisationen på Jorden. 

***

DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2102111 

***

Referencer:    

1. Hvid SM., nd. Solar Radio Bursts og Space Vejr. University of Maryland. Tilgængelig online på https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf Tilgået den 29. Jamaury 2021. 

2. Aschwanden MJ et al 2007. The Coronal Heating Paradox. The Astrophysical Journal, bind 659, nummer 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070  

3. Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. Løsning af koronal opvarmning ved hjælp af axionsoprindelsesfotoner. Physics of the Dark Universe bind 31, januar 2021, 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  

4. Verma PL., et al 2014. Koronale masseudstødninger og forstyrrelser i solvindplasmaparametre i relation til geomagnetiske storme. Journal of Physics: Conference Series 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   

5. Gopalswamy N., 2011. Coronal Mass Ejections and Solar Radio Emissions. CDAW Datacenter NASA. Tilgængelig online på https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf Tilgået den 29. januar 2021.  

6. Kumari A., Morosan DE., og Kilpua EKJ., 2021. Om forekomsten af ​​type IV-solarradioudbrud i solcyklus 24 og deres tilknytning til koronale masseudstødninger. Udgivet 11. januar 2021. The Astrophysical Journal, bind 906, nummer 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

***